Proizvedena električna energija se ne može skladištiti, već se mora odmah predati potrošačima. Kada je izumljen optimalan način prijevoza, započeo je nagli razvoj elektroprivrede.

Priča

Prvi generatori izgrađeni su uz potrošače energije. Bili su male snage i bili su namijenjeni samo opskrbi električnom energijom jedne zgrade ili gradskog bloka. Ali onda su došli do zaključka da je puno isplativije graditi velike postaje u područjima gdje su koncentrirani resursi. To su snažne hidroelektrane na rijekama, velike termoelektrane uz rudnike ugljena. To zahtijeva prijenos električne energije na daljinu.

Početni pokušaji izgradnje dalekovoda susreli su se s činjenicom da se kod spajanja generatora na prijamnike električne energije dugim kabelom jako smanjuje snaga na kraju dalekovoda zbog enormnih toplinskih gubitaka. Bilo je potrebno koristiti kabele većeg presjeka, što ih je znatno poskupljivalo, ili povećati napon da bi se smanjila struja.

Nakon pokusa s prijenosom istosmjerne i jednofazne izmjenične struje preko visokonaponskih vodova, gubici su ostali previsoki - na razini od 75%. I tek kada je Dolivo-Dobrovolsky razvio trofazni strujni sustav, napravljen je iskorak u prijenosu električne energije: postignuto je smanjenje gubitaka do 20%.

Važno! Danas velika većina dalekovoda koristi trofaznu izmjeničnu struju, iako se razvijaju i istosmjerni vodovi.

Shema prijenosa električne energije

Postoji nekoliko karika u lancu od proizvodnje energije do njezinog primitka od strane potrošača:

• generator u elektrani koji proizvodi električnu energiju napona 6,3-24 kV (postoje zasebne jedinice s višim nazivnim naponom);
• podstanice za pojačanje (PS);
• dalekovodi i magistralni dalekovodi napona 220-1150 kV;
• velike spojne trafostanice koje smanjuju napon na 110 kV;
• dalekovodi 35-110 kV za prijenos električne energije do opskrbnih centara;
• dodatne snižene trafostanice - opskrbni centri gdje dobivaju napon od 6-10 kV;
• distribucijski vodovi 6-10 kV;
• transformatorske točke (TP), centralne distribucijske točke, smještene u blizini potrošača, za smanjenje napona na 0,4 kV;
• niskonaponske vodove za napajanje kuća i drugih objekata.

Sheme distribucije

Električni vodovi su nadzemni, kabelski i kabelsko-nadzemni. Kako bi se povećala pouzdanost, električna energija se u većini slučajeva prenosi na nekoliko načina. Odnosno, dvije ili više linija spojene su na sabirnice trafostanice.

Postoje dvije sheme distribucije električne energije za 6-10 kV:

1. Trunk, kada je linija 6-10 kV uobičajena za napajanje nekoliko transformatorskih stanica, koje se mogu nalaziti duž cijele duljine. Ako glavni energetski vod prima snagu iz dva različita napajanja s obje strane, ovaj krug se naziva prstenasti krug. Štoviše, u normalnom radu, napaja se iz jednog napajanja i odvaja od drugog sklopnim uređajima (prekidači, rastavljači);

1. Radijalno. U ovoj shemi, sva snaga je koncentrirana na kraju dalekovoda, koji je namijenjen za napajanje jednog potrošača.

Za vodove s naponom od 35 kV i više koriste se sljedeće sheme:

1. Radijalno. Napajanje do trafostanice dolazi jednokružnim ili dvokružnim opskrbnim vodom iz trafostanice s jednim čvorom. Najisplativija je shema s jednom linijom, ali je vrlo nepouzdana. Zahvaljujući dvostrukim strujnim vodovima stvara se rezervna snaga;
2. Prsten. Sabirnice trafostanica napajaju se iz najmanje dva dalekovoda iz neovisnih izvora. U tom slučaju mogu postojati ogranci (odvodni vodovi) na opskrbnim vodovima koji idu do drugih trafostanica. Ukupan broj odvodnih podstanica ne smije biti veći od tri za jedan dalekovod.

Važno! Prstenastu mrežu napajaju najmanje dvije čvorne trafostanice, koje se u pravilu nalaze na znatnoj udaljenosti jedna od druge.

Transformatorske stanice

Transformatorske stanice, uz dalekovode, glavna su komponenta energetskog sustava. Dijele se na:

1. Podizanje. Nalaze se u blizini elektrana. Glavna oprema su energetski transformatori koji povećavaju napon;
2. Snižavanje. Nalaze se u drugim dijelovima elektroenergetske mreže koji su bliži potrošačima. Sadrži padajuće transformatore.

Postoje i pretvaračke trafostanice, ali nisu transformatorske. Koriste se za pretvaranje izmjenične struje u istosmjernu, kao i za dobivanje struje različite frekvencije.

Glavna oprema transformatorskih podstanica:

1. Visokonaponska i niskonaponska sklopna postrojenja. Može biti otvorenog tipa (ORU), zatvorenog tipa (CLD) i kompletnog (KRU);
2. Energetski transformatori;
3. Centrala, relejna soba, gdje je koncentrirana oprema za zaštitu i automatsko upravljanje rasklopnim uređajima, alarmima, mjernim instrumentima i brojilima električne energije. Posljednje dvije vrste opreme, kao i neke vrste zaštite, također mogu biti prisutne u rasklopnim uređajima;

1. Pomoćna oprema trafostanice, koja uključuje pomoćne transformatore (TSN), smanjenje napona od 6-10 do 0,4 kV, 0,4 kV SN sabirnice s sklopnim uređajima, bateriju, uređaje za ponovno punjenje. Zaštita, rasvjeta trafostanica, grijanje, motori za puhanje transformatora (hlađenje) itd. Napajaju se iz SN.
2. Rasklopni uređaji sadrže rasklopne uređaje za transformatore, dovodne i odvodne vodove i odvode 6-10 kV: rastavljače, sklopke (vakuumske, SF6, uljne, zračne). Naponski transformatori (VT) i strujni transformatori (CT) koriste se za strujne zaštitne i mjerne krugove;
3. Oprema za zaštitu od prenapona: odvodnici, odvodnici prenapona (graničnici prenapona);
4. Reaktori za ograničavanje struje i gašenje luka, kondenzatorske baterije i sinkroni kompenzatori.

Posljednja veza padajućih trafostanica su transformatorske točke (TP, KTP-komplet, MTP-jarbol). To su mali uređaji koji sadrže 1, 2, rijetko 3 transformatora, ponekad smanjujući napon od 35, češće od 6-10 kV do 0,4 kV. Prekidači su ugrađeni na strani niskog napona. Od njih se protežu vodovi koji izravno distribuiraju električnu energiju stvarnim potrošačima.

Kapacitet dalekovoda

Kod prijenosa električne energije glavni pokazatelj je propusna moć vodova. Karakterizira ga vrijednost djelatne snage koja se prenosi duž voda u normalnim radnim uvjetima. Propusna snaga ovisi o naponu dalekovoda, njegovoj duljini, dimenzijama presjeka i vrsti voda (CL ili OHL). U ovom slučaju prirodna snaga, neovisno o duljini dalekovoda, je djelatna snaga koja se prenosi duž voda uz punu kompenzaciju jalove komponente. U praksi je takve uvjete nemoguće postići.

Važno! Najveća prenesena snaga za vodove napona 110 kV i niže ograničena je samo zagrijavanjem žica. Na vodovima višeg napona vodi se računa io statičkoj stabilnosti elektroenergetskog sustava.

Neke vrijednosti kapaciteta nadzemnog voda pri učinkovitosti = 0,9:

• 110 kV: prirodna snaga – 30 mW, maksimalna – 50 mW;
• 220 kV: prirodna snaga – 120-135 mW, maksimalno – 350 mW za stabilnost i 280 mW za grijanje;
• 500 kV: prirodna snaga – 900 mW, maksimalna – 1350 mW za stabilnost i 1740 mW za grijanje.

Gubici električne energije

Ne dolazi sva električna energija proizvedena u elektrani do potrošača. Gubici električne energije mogu biti:

1. tehnički. Uzrokovani gubicima u žicama, transformatorima i drugoj opremi zbog zagrijavanja i drugih fizičkih procesa;
2. Nesavršenost računovodstvenog sustava u energetskim poduzećima;
3. Komercijalni. Nastaju zbog odvoda snage, osim mjernih uređaja, razlike između stvarne potrošene snage i one koju bilježi brojilo itd.

Tehnologije prijenosa električne energije ne miruju. Razvija se uporaba supravodljivih kabela, što omogućuje smanjenje gubitaka gotovo na nulu. Bežični prijenos energije više nije fantazija za punjenje mobilnih uređaja. A u Južnoj Koreji rade na stvaranju bežičnog sustava prijenosa energije za elektrificirani transport.

Video

Ministarstvo općeg i strukovnog obrazovanja

Državna obrazovna ustanova znanstvene i proizvodne udruge regije Sverdlovsk

Nižnji Tagil profesionalni licej "Metallurg"

SAŽETAK

Prijenos električne energije na daljinu

Izvođači: Bakhter Nikolay i Borisov Yaroslav

Voditeljica: učiteljica fizike Lyudmila Vladimirovna Reddikh

Nižnji Tagil 2008

Uvod

Poglavlje 1. Električna struja

Poglavlje 2. Proizvodnja električne energije

1 alternator

2 MHD generator

3 Generator plazme - plazmatron

Poglavlje 3. Prijenos električne energije

1 dalekovodi

2 Transformator

Poglavlje 4. Energija za proizvođača čelika

1 Proizvodnja čelika u električnim pećima

2 Tipični prijemnici električne energije

Zaključak

Bibliografija

Uvod

Kompleks elektroenergetskih mreža regije Sverdlovsk, uključujući energetsko čvorište Nižnji Tagil, na rubu je velikih transformacija. Kako bi se izbjegla energetska kriza na Srednjem Uralu, vlada Sverdlovske regije izradila je i usvojila glavne smjernice razvoja elektroprivrede za sljedećih deset godina. Riječ je prvenstveno o izgradnji nove generacije, odnosno elektrana za proizvodnju električne energije, te daljnjem razvoju elektromrežnog kompleksa - izgradnji i rekonstrukciji trafostanica, trafostanica i dalekovoda različitih napona. Prošle smo godine izradili i odobrili dugoročni investicijski program do 2012. godine u kojem su navedeni konkretni elektroenergetski objekti koji su predmet rekonstrukcije i oni koje je potrebno izgraditi.

Do 2001. nije bilo nedostatka energetskih kapaciteta u regiji Tagil. Ali onda, nakon dugogodišnje krize, naša su industrijska poduzeća krenula uzbrdo, kako kažu, srednja i mala poduzeća počela su se aktivno razvijati, a potrošnja električne energije značajno se povećala. Danas je deficit energetskih kapaciteta u Nižnjem Tagilu preko 51 megavata. Ovo je... skoro dvije obloge. Ali usporedba s oblogom je uvjetna. Zapravo, problem nedostatka energetskih kapaciteta trenutno je najrelevantniji za središnji dio Nižnjeg Tagila. Trafostanica Krasni Kamen, izgrađena prije četrdeset godina, o kojoj zapravo ovisi opskrba gradskog središta energijom, odavno je moralno i fizički zastarjela i radi na granici svojih mogućnosti. Novi potrošači, nažalost, moraju biti uskraćeni za priključak na mrežu.

Nižnji Tagil treba novu trafostanicu - trafostanicu Prirečnaja napona 110/35/6 kV. Prema preliminarnim procjenama, iznos kapitalnih ulaganja u izgradnju Prirechnaya bit će oko 300 milijuna rubalja. Investicijski program Sverdlovenergo za Nižnji Tagil također uključuje rekonstrukciju trafostanice Soyuznaya, izgradnju trafostanice Altaiskaya na Vagonki i rasklopne točke Demidovsky u području Galyanki, što će radikalno poboljšati sustav opskrbe energijom grada u cjelini. Glavni događaj ove godine je trafostanica Staratel, u čiju je obnovu Sverdlovenergo uložio 60 milijuna rubalja. Još jedan, također značajan događaj u 2007. godini bilo je puštanje u rad novog, drugog transformatora u trafostanici Galyanka.

Započela je izgradnja dalekovoda Černoistočinsk - Belogorje napona 110 kV ukupne dužine gotovo 18 kilometara. Ovaj je objekt također uključen u investicijski program Sverdlovenerga. Puštanje u rad novog dalekovoda visokog napona omogućit će pouzdanije opskrbu električnom energijom ne samo za skijaški kompleks Belaya Mountain, već i za cijelo susjedno područje - sela Uralets, Visim, Visimo-Utkinsk i ostala naselja. Reći ću više: projekt Belogorye također predviđa izgradnju nove trafostanice Belogorye u selu Uralets i rekonstrukciju cijelog mrežnog kompleksa Uralets, što je najmanje 20 kilometara mreža s naponom od 0,4-6 kV .

Za potrebe našeg eseja odlučili smo pokrenuti pitanje prijenosa električne energije ne samo na daljinu, već i korištenja iste kao neophodne komponente u proizvodnji čelika, budući da je naša profesija neraskidivo povezana s ovim procesom proizvodnje čelika.

Da bismo postigli ovaj cilj, odlučili smo si postaviti nekoliko važnih zadataka: 1) proučiti dodatnu literaturu vezanu uz prijenos električne energije i elektrometalurgiju; 2) upoznati nove vrste generatora i transformatora; 3) uzeti u obzir električnu struju od primitka do predaje potrošaču; 4) razmotriti fizikalne i mehaničke procese proizvodnje čelika u električnim pećima.

U početku ljudi nisu znali koristiti čelik te su za izradu raznih alata koristili materijale domaćeg podrijetla (bakar, zlato i meteoritsko željezo). Međutim, ove metode nisu bile dovoljne za ljudske potrebe. Ljudi su često tražili priliku da dobiju metal iz rude koja se nalazi na površini zemlje.

I tako je na prijelazu iz drugog u prvo tisućljeće prije Krista nastao prvi stupanj metalurgije. Čovječanstvo je prešlo na izravno dobivanje željeza iz rude redukcijom u primitivnim kovačnicama. Budući da je u ovom procesu korišteno "sirovo" puhanje (ne zagrijani zrak), metoda je nazvana sirovo puhanje.

Drugu fazu proizvodnje čelika (XIV-XVIII stoljeća) karakteriziralo je poboljšanje kovačnica i povećanje volumena peći za puhanje sira. Pojava vodenog kotača i njegovo korištenje za pogon kovačkih mijehova omogućilo je pojačanje puhanja, povećanje temperature u ložištu peći i ubrzanje odvijanja kemijskih reakcija.

Treća faza bila je razvoj naprednije i produktivnije metode za proizvodnju željeza s niskim udjelom ugljika u stanju sličnom tijestu - takozvani puddling proces - proces pretvaranja lijevanog željeza u željezo na dnu vatrenog odjeka (pudling). ) peć.

Četvrtu fazu (kasno 19. i sredina 20. stoljeća) karakterizira uvođenje u proizvodnju četiriju metoda proizvodnje čelika - Bessemerove, Thomasove, otvorenog ognjišta, konverterske i električne proizvodnje čelika, o čemu bismo, usput, željeli govoriti o u našem sažetku, kao primjer korištenja električne energije od strane čeličana pomoćnika .

Poglavlje 1. Električna struja

Spojimo žicama žarulju s električnom baterijom. Žice i žarna nit žarulje činile su zatvorenu petlju – električni krug. U ovom strujnom krugu teče električna struja koja zagrijava žarnu nit lampe dok ne zasvijetli. Što je električna struja? To je usmjereno kretanje nabijenih čestica.

U bateriji se događaju kemijske reakcije, uslijed kojih se elektroni - čestice tvari s najmanjim nabojem - nakupljaju na terminalu označenom znakom "-" (minus). Metal od kojeg su napravljene žice i žarna nit žarulje sastoji se od atoma koji tvore kristalnu rešetku. Elektroni mogu slobodno prolaziti kroz ovu rešetku. Protok elektrona kroz vodiče (tzv. tvari koje prenose električnu struju) od jednog terminala baterije do drugog je električna struja. Što više elektrona prolazi kroz vodič, to je jačina električne struje veća. Struja se mjeri u amperima (A). Ako kroz vodič teče struja od 1 A, tada kroz presjek vodiča svake sekunde proleti 6,24 * 1018 elektrona. Ovaj broj elektrona nosi naboj od 1 C (kulon).

Električna struja u krugu koji čine žice, žarulja i baterija može se usporediti s protokom tekućine koja se kreće kroz vodovodne cijevi. Spojne žice su dijelovi cijevi velikog poprečnog presjeka, žarna nit žarulje je tanka cijev, a baterija je pumpa koja stvara pritisak. Što je veći tlak, veći je protok tekućine. Baterija u električnom krugu stvara napon (tlak). Što je veći napon, veća je struja u krugu. Napon se mjeri u voltima (V). da bi kroz žarulju džepne svjetiljke prošla struja koja bi njezinu žarnu nit zasjala, potreban je napon od 3-4 V. Električna energija se dovodi u stanove na naponu od 127 ili 220 V, te preko električnih vodova (dalekovoda). struja se prenosi pri naponu od stotina kilovolti (kV). Električna energija oslobođena u 1 s (snaga) jednaka je umnošku struje i napona. Snaga pri struji od 1 A i naponu od 1 V jednaka je 1 watu (W).

Ne prolaze sve tvari slobodno električnu struju, na primjer, staklo, porculan, guma gotovo ne dopuštaju električnu struju. Takve se tvari nazivaju izolatori ili dielektrici. Vodiči su izolirani gumom; izolatori za visokonaponske vodove izrađeni su od stakla i porculana. Međutim, čak i metali otporni su na struju. Dok se elektroni kreću, oni "razdvajaju" atome koji čine metal, uzrokujući njihovo brže kretanje - zagrijavajući vodič. Zagrijavanje vodiča električnom strujom prvi su proučavali ruski znanstvenik E. H. Lenz i engleski fizičar D. Joule. Svojstvo električne struje prema toplinskim vodičima naširoko se koristi u tehnici. Električna struja zagrijava žarne niti električnih svjetiljki i električnih grijaćih uređaja, te tali čelik u električnim pećima.

Godine 1820. danski fizičar G.-H. Oersted je otkrio da u blizini vodiča kroz koji teče struja magnetska igla skreće. Tako je otkriveno izvanredno svojstvo električne struje da stvara magnetsko polje. Ovu pojavu detaljno je proučavao francuski znanstvenik A. Ampere. Otkrio je da se dvije paralelne žice kroz koje teče struja u istom smjeru privlače, a ako su smjerovi struja suprotni, žice se odbijaju. Ampere je ovu pojavu objasnio međudjelovanjem magnetskih polja koje stvaraju struje. Učinak međudjelovanja žica sa strujom i magnetskim poljima koristi se u elektromotorima, električnim relejima i mnogim električnim mjernim instrumentima.

Još jedno svojstvo električne struje može se otkriti propuštanjem struje kroz elektrolit - otopinu soli, kiseline ili lužine. U elektrolitima se molekule tvari cijepaju na ione - čestice molekula s pozitivnim ili negativnim nabojem. Struja u elektrolitu je kretanje iona. Za prolazak struje kroz elektrolit u njega se spuštaju dvije metalne ploče spojene na izvor struje. Pozitivni ioni kreću se prema elektrodi spojenoj na negativni terminal. Ioni se stvaraju na elektrodama. Taj se proces naziva elektroliza. Pomoću elektrolize moguće je izolirati čiste metale iz soli, kromirati i poniklati razne predmete, izvršiti najsloženiju obradu proizvoda koja se ne može obaviti na jednostavnim strojevima za rezanje metala, te rastaviti vodu na sastavne dijelove - vodik i kisik.

U kupkama za elektrolizu, u žarulji spojenoj na bateriju svjetiljke, struja cijelo vrijeme teče u jednom smjeru i jakost struje se ne mijenja. Ova struja se naziva istosmjerna struja. Međutim, u tehnici se češće koristi izmjenična struja, čiji se smjer i snaga povremeno mijenjaju. Vrijeme potpunog ciklusa promjene smjera struje naziva se periodom, a broj perioda u 1 s frekvencijom izmjenične struje. Industrijska struja, koja pokreće strojeve, osvjetljava ulice i stanove, mijenja se frekvencijom od 50 perioda u 1 s. Izmjenična struja može se jednostavno transformirati - njen napon se može povećati i smanjiti pomoću transformatora.

Izumom telegrafa i telefona, električna struja počela se koristiti za prijenos informacija. U početku su se kroz žice prenosili dugi i kratki impulsi istosmjerne struje, koji su odgovarali točkama i crticama Morseove azbuke. Takvi strujni impulsi, ili pulsirajuća struja, ali sa složenijim sustavom kodiranja informacija koriste se u suvremenim elektroničkim računalima (računalima) za prijenos brojeva, naredbi i riječi s jednog strojnog uređaja na drugi.

Izmjenična struja također se može koristiti za prijenos informacija. Informacija se može prenositi izmjeničnom strujom mijenjanjem amplitude strujnih oscilacija na određeni način. Ovo kodiranje informacija naziva se amplitudna modulacija (AM). Također je moguće mijenjati frekvenciju oscilacija izmjenične struje tako da određena informacija odgovara određenoj promjeni frekvencije. Ovo kodiranje se naziva frekvencijska modulacija (FM). Radio prijamnici imaju AM i FM kanale koji "dešifriraju" - pretvaraju u zvuk - amplitudno ili frekvencijski modulirane oscilacije radio valova koje prima antena.

Danas je električna struja našla primjenu u svim sferama ljudske djelatnosti. Pogon alatnih strojeva i strojeva, sustavi automatskog nadzora i upravljanja, brojni uređaji u istraživačkim laboratorijima i kućanski uređaji nezamislivi su bez uporabe električne struje. Suvremeni telefon i telegraf, radio i televizija, elektronička računala od džepnih kalkulatora do strojeva koji upravljaju letovima svemirskih letjelica - sve su to uređaji temeljeni na najsloženijim strujnim krugovima.

Poglavlje 2. Proizvodnja električne energije

.1 Alternator

Električna energija ima neosporne prednosti u odnosu na sve druge vrste energije. Može se prenositi žicom na velike udaljenosti s relativno malim gubicima i prikladno distribuirati među potrošačima. Glavna stvar je da se ta energija, uz pomoć prilično jednostavnih uređaja, može lako pretvoriti u bilo koje druge oblike: mehaničku, unutarnju (grijanje tijela), svjetlosnu energiju itd.

Izmjenična struja ima prednost nad istosmjernom strujom jer se napon i struja mogu pretvoriti (transformirati) u vrlo širokom rasponu gotovo bez gubitka energije. Takve transformacije su neophodne u mnogim električnim i radiotehničkim uređajima. No posebno velika potreba za transformacijom napona i struje javlja se pri prijenosu električne energije na velike udaljenosti.

Električna struja se stvara u generatorima - uređajima koji pretvaraju bilo koju vrstu energije u električnu energiju. Generatori uključuju galvanske ćelije, elektrostatičke strojeve, termoelektrane, solarne ploče itd. Istražuju se mogućnosti stvaranja temeljno novih tipova generatora. Na primjer, razvijaju se takozvane energije goriva, u kojima se energija oslobođena kao rezultat reakcije vodika s kisikom izravno pretvara u električnu energiju. U tijeku je uspješan rad na stvaranju magnetohidrodinamičkih generatora (MHD generatora). U MHD generatorima se mehanička energija mlaza vrućeg ioniziranog plina (plazme) koji se kreće u magnetskom polju izravno pretvara u električnu energiju.

Područje primjene svakog od navedenih tipova generatora električne energije određeno je njihovim karakteristikama. Stoga elektrostatički strojevi stvaraju veliku razliku potencijala, ali nisu sposobni stvoriti bilo kakvu značajnu struju u krugu. Galvanski članci mogu proizvesti veliku struju, ali njihovo djelovanje nije dugo.

Pretežnu ulogu u našem vremenu igraju elektromehanički indukcijski generatori izmjenične struje. U ovim generatorima se mehanička energija pretvara u električnu. Njihovo djelovanje temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije. Takvi generatori imaju relativno jednostavan dizajn i omogućuju dobivanje velikih struja pri dovoljno visokom naponu.

Ubuduće, kada govorimo o generatorima, mislit ćemo na indukcijske elektromehaničke generatore.

Danas postoji mnogo različitih vrsta indukcijskih generatora. Ali svi se sastoje od istih osnovnih dijelova. Ovo je, prvo, elektromagnet ili trajni magnet koji stvara magnetsko polje, i, drugo, namot u kojem se inducira izmjenični EMF (u razmatranom modelu generatora ovo je rotirajući okvir). Budući da se EMF inducirane u serijski spojenim zavojima zbrajaju, amplituda inducirane EMF u okviru proporcionalna je broju zavoja u njemu. Također je proporcionalan amplitudi izmjeničnog magnetskog toka Fm = BS kroz svaki zavoj.

Za postizanje velikog magnetskog toka generatori koriste poseban magnetski sustav koji se sastoji od dvije jezgre izrađene od elektrotehničkog čelika. Namoti koji stvaraju magnetsko polje smješteni su u utore jedne jezgre, a namoti u kojima se inducira EMF nalaze se u utorima druge. Jedna od jezgri (obično unutarnja) zajedno sa svojim namotom rotira oko vodoravne ili okomite osi. Zato se i zove rotor (ili armatura). Nepomična jezgra sa svojim namotom naziva se stator (ili induktor). Razmak između jezgri statora i rotora je što manji. Time se osigurava najveća vrijednost toka magnetske indukcije.

U modelu generatora prikazanom na slici 19, rotira žičani okvir, koji je rotor (iako bez željezne jezgre). Magnetsko polje stvara stacionarni permanentni magnet. Naravno, moglo bi se učiniti suprotno - zarotirati magnet i ostaviti okvir nepomičan.

U velikim industrijskim generatorima, elektromagnet, koji je rotor, rotira, dok su namoti u kojima se inducira EMF postavljeni u utore statora i ostaju nepomični. Činjenica je da se struja mora dovoditi u rotor ili ukloniti iz namota rotora u vanjski krug pomoću kliznih kontakata. Da bi se to postiglo, rotor je opremljen kliznim prstenima pričvršćenim na krajeve njegovog namota. Fiksne ploče - četke - pritisnute su na prstenove i povezuju namot rotora s vanjskim krugom. Jačina struje u namotima elektromagneta koji stvara magnetsko polje znatno je manja od struje koju generator dovodi u vanjski krug. Stoga je prikladnije ukloniti generiranu struju iz stacionarnih namota, a kroz klizne kontakte opskrbiti relativno slabu struju rotirajućem elektromagnetu. Ovu struju stvara poseban istosmjerni generator (pobudnik) smješten na istoj osovini.

U generatorima male snage magnetsko polje stvara rotirajući permanentni magnet. U ovom slučaju, prstenovi i četke uopće nisu potrebni.

Pojava EMF-a u stacionarnim namotima statora objašnjava se pojavom vrtložnog električnog polja u njima, generiranog promjenom magnetskog toka kada se rotor okreće.

Ako se ravni okvir rotira u jednoličnom magnetskom polju, tada je period generirane emf jednak periodu rotacije okvira. Ovo nije uvijek zgodno. Na primjer, da bi se dobila izmjenična struja s frekvencijom od 50 Hz, okvir mora napraviti 50 okretaja u sekundi u jednoličnom magnetskom polju, tj. 3000 okretaja u minuti Ista brzina vrtnje bit će potrebna u slučaju vrtnje dvopolnog permanentnog magneta ili dvopolnog elektromagneta. Doista, period promjene magnetskog toka koji prodire kroz zavoje namota statora trebao bi biti jednak 1/50 s. Da bi se to postiglo, svaki od polova rotora mora proći zavoje 50 puta u sekundi. Brzina vrtnje se može smanjiti ako kao rotor koristite elektromagnet koji ima 2, 3, 4... para polova. Tada će period generirane struje odgovarati vremenu potrebnom za rotaciju rotora za 1/2, 1/3, 1/4 ... frakcije kruga, redom. Posljedično, rotor se može okretati 2, 3, 4... puta sporije. Ovo je važno kada generator pokreću motori niske brzine, kao što su hidrauličke turbine. Tako rotori generatora hidroelektrane Uglich na Volgi imaju 62,5 okretaja u minuti i imaju 48 pari polova.

2.2 MHD generator

Temelj moderne energetike su termoelektrane (CHP). Rad termoelektrana temelji se na pretvorbi toplinske energije koja se oslobađa izgaranjem organskog goriva najprije u mehaničku energiju rotacije osovine parne ili plinske turbine, a zatim uz pomoć električnog generatora u električnu energiju . Kao rezultat ove dvostruke pretvorbe, mnogo energije se gubi - oslobađa se kao toplina u zrak, troši se na opremu za grijanje itd.

Je li moguće smanjiti ove nenamjerne izdatke energije, skratiti proces pretvorbe energije i eliminirati međustupnjeve pretvorbe energije? Ispostavilo se da je to moguće. Jedna od elektrana koja energiju gibajuće elektrovodljive tekućine ili plina izravno pretvara u električnu energiju je magnetohidrodinamički generator ili skraćeno MHD generator.

Kao i kod konvencionalnih električnih generatora, MHD generator se temelji na fenomenu elektromagnetske indukcije: električna struja nastaje u vodiču koji siječe silnice magnetskog polja. U MHD generatoru takav vodič je takozvani radni fluid - tekućina, plin ili tekući metal visoke električne vodljivosti. Tipično, MHD generatori koriste vrući ionizirani plin ili plazmu. Kada se plazma kreće preko magnetskog polja, u njoj nastaju suprotno usmjereni tokovi nositelja naboja - slobodnih elektrona i pozitivnih iona.

MHD generator sastoji se od kanala kroz koji se kreće plazma, elektromagneta za stvaranje magnetskog polja i elektroda koje potiskuju nosioce naboja. Kao rezultat toga, između suprotno smještenih elektroda nastaje razlika potencijala, što uzrokuje električnu struju u vanjskom krugu spojenom na njih. Dakle, MHD generator pretvara energiju pokretne plazme izravno u električnu energiju, bez ikakvih međutransformacija.

Glavna prednost MHD generatora u usporedbi s konvencionalnim elektromagnetskim generatorima je odsutnost pokretnih mehaničkih komponenti i dijelova, kao što je, na primjer, u turbo generatoru ili generatoru vodika. Ova okolnost omogućuje značajno povećanje početne temperature radne tekućine, a time i učinkovitost generatora.

Prvi eksperimentalni MHD generator snage samo 11,5 kW izgrađen je 1959. godine u SAD-u. Godine 1965. u SSSR-u je istražen prvi sovjetski MHD generator, a 1971. pokrenuto je pilot postrojenje - svojevrsna elektrana s MHD generatorom od 25 MW. Takve elektrane mogu se koristiti, primjerice, kao rezervni ili hitni izvori električne energije, kao i izvori napajanja za uređaje koji zahtijevaju značajnu potrošnju električne energije u kratkom vremenskom razdoblju.

2.3 Generator plazme - plazmatron

Ako se krutina previše zagrije, pretvorit će se u tekućinu. Povisite li temperaturu još više, tekućina će ispariti i pretvoriti se u plin.

Ali što se događa ako nastavite povećavati temperaturu? Atomi tvari će početi gubiti svoje elektrone, pretvarajući se u pozitivne ione. Umjesto plina nastaje plinovita smjesa koja se sastoji od slobodno gibajućih elektrona, iona i neutralnih atoma. Zove se plazma.

Danas se plazma široko koristi u raznim područjima znanosti i tehnologije: za toplinsku obradu metala, nanošenje različitih premaza na njih, taljenje i druge metalurške operacije. Kemičari su nedavno počeli naširoko koristiti plazmu. Otkrili su da se u plazma mlazu brzina i učinkovitost mnogih kemijskih reakcija znatno povećava. Na primjer, uvođenjem metana u struju vodikove plazme, on se može pretvoriti u vrlo vrijedan acetilen. Ili smjestiti uljne pare na brojne organske spojeve - etilen, propilen i druge, koji kasnije služe kao važne sirovine za proizvodnju raznih polimernih materijala.

Shema generatora plazme - plazmatrona

Plazma mlaz;

lučno pražnjenje;

Vrtložni kanali za plin;

Vatrostalna metalna katoda;

plin koji stvara plazmu;

Držač elektrode;

Komora za pražnjenje;

Solenoid;

Bakrena anoda.

Kako stvoriti plazmu? U tu svrhu koristi se plazma plamenik, odnosno generator plazme.

Ako metalne elektrode stavite u posudu s plinom i na njih dovedete visoki napon, doći će do električnog pražnjenja. U plinu uvijek ima slobodnih elektrona. Pod utjecajem električne struje ubrzavaju se i, sudarajući se s atomima neutralnog plina, izbacuju iz njih elektrone i stvaraju električki nabijene čestice - ione, tj. ionizirati atome. Oslobođeni elektroni se također ubrzavaju električnim poljem i ioniziraju nove atome, dodatno povećavajući broj slobodnih elektrona i iona. Proces se razvija poput lavine, atomi tvari se vrlo brzo ioniziraju i tvar se pretvara u plazmu.

Ovaj proces se odvija u lučnom plazmatronu. U njemu se stvara visoki napon između katode i anode, što može biti npr. metal koji treba obraditi plazmom. U prostor komore za pražnjenje dovodi se tvar koja stvara plazmu, najčešće plin - zrak, dušik, argon, vodik, metan, kisik itd. Pod utjecajem visokog napona dolazi do pražnjenja u plinu, a između katode i anode nastaje plazma luk. Kako bi se izbjeglo pregrijavanje stijenki komore za pražnjenje, one se hlade vodom. Uređaji ove vrste nazivaju se plazma baklje s vanjskim plazma lukom. Koriste se za rezanje, zavarivanje, topljenje metala itd.

Plazma baklja je dizajnirana nešto drugačije za stvaranje mlaza plazme. Plin koji stvara plazmu upuhuje se velikom brzinom kroz sustav spiralnih kanala i "zapaljuje" u prostoru između katode i stijenki komore za pražnjenje, koje su anoda. Plazma, uvijena u gusti mlaz zahvaljujući spiralnim kanalima, izbacuje se iz mlaznice, a njezina brzina može doseći od 1 do 10 000 m/s. Magnetsko polje koje stvara induktor pomaže "istisnuti" plazmu sa stijenki komore i učiniti njezin mlaz gušćim. Temperatura mlaza plazme na izlazu iz mlaznice je od 3000 do 25000 K.

Pogledajte pobliže ovaj crtež. Podsjeća li vas na nešto dobro poznato?

Naravno, radi se o mlaznom motoru. Sila potiska u mlaznom motoru nastaje strujom vrućih plinova koji se velikom brzinom izbacuju iz mlaznice. Što je veća brzina, to je veća vučna sila. Što je gore kod plazme? Brzina mlaza je sasvim prikladna - do 10 km/s. A uz pomoć posebnih električnih polja plazma se može još više ubrzati – do 100 km/s. To je približno 100 puta veća od brzine plinova u postojećim mlaznim motorima. To znači da potisak plazma ili elektromlaznih motora može biti veći, a potrošnja goriva značajno smanjena. Prvi uzorci plazma motora već su testirani u svemiru.

Poglavlje 3. Prijenos električne energije

.1 Električni vodovi

Električna energija se povoljno razlikuje od svih vrsta energije po tome što se njezini snažni tokovi mogu gotovo trenutno prenijeti tisućama kilometara. “Kanali” energetskih rijeka su vodovi za prijenos električne energije (PTL) - glavne karike energetskih sustava.

Trenutno se grade dvije vrste dalekovoda: nadzemni, koji prenose struju žicama iznad površine zemlje, i podzemni, koji prenose struju energetskim kabelima položenim, u pravilu, u rovovima pod zemljom.

Električni vodovi sastoje se od nosača - betonskih ili metalnih, na čija su ramena pričvršćeni vijenci od porculanskih ili staklenih izolatora. Bakrene, aluminijske ili čelično-aluminijske žice rastegnute su između nosača i obješene na izolatore. Dalekovodi omogućuju hodanje kroz pustinje i tajge, penjanje visoko u planine, prelaženje rijeka i planinskih klanaca.

Zrak služi kao izolator između žica. Stoga, što je veća napetost, to bi trebao biti veći razmak između žica. Dalekovodi prolaze i kroz polja, u blizini naseljenih mjesta. Stoga žice moraju biti obješene na visini koja je sigurna za ljude. Svojstva zraka kao izolatora ovise o klimi i meteorološkim uvjetima. Graditelji dalekovoda moraju uzeti u obzir snagu prevladavajućih vjetrova, razlike u ljetnim i zimskim temperaturama i još mnogo toga. Zato izgradnja svakog novog dalekovoda zahtijeva ozbiljan rad geodeta najbolje trase, znanstvena istraživanja, modeliranje, složene inženjerske proračune pa čak i visoku vještinu graditelja.

Istovremena izgradnja snažnih elektrana i električnih mreža bila je predviđena u planu GOERLO. Kod prijenosa električne energije kroz žice na daljinu, gubici energije su neizbježni, jer dok električna struja prolazi kroz žice, ona ih zagrijava. Stoga je prijenos struje niskog napona, 127 - 220 V, koja ulazi u naše stanove, na udaljenosti većoj od 2 km neisplativa. Kako bi se smanjili gubici u žicama, napon električne struje se povećava na električnim podstanicama prije nego što se isporuči na liniju. S povećanjem snage elektrana i širenjem teritorija obuhvaćenih elektrifikacijom, napon izmjenične struje na dalekovodima stalno se povećava na 220, 380, 500 i 750 kV. Za povezivanje elektroenergetskih sustava Sibira, Sjevernog Kazahstana i Urala izgrađen je dalekovod od 1150 kV. Takvih vodova nema ni u jednoj zemlji na svijetu: visina nosača je do 45 m (visina zgrade od 15 katova), razmak između žica svake od tri faze je 23 m.

Međutim, visokonaponske žice opasne su po život i nemoguće ih je uvesti u domove, tvornice i tvornice. Zato se, prije prijenosa električne energije do potrošača, struja visokog napona smanjuje u trafostanicama.

Krug prijenosa izmjenične struje je sljedeći. Struja niskog napona koju stvara generator dovodi se do transformatora pojačane trafostanice, pretvara se u struju visokog napona, zatim duž dalekovoda ide do mjesta potrošnje energije, ovdje se transformatorom pretvara u niski napon. struje, a zatim ide prema potrošačima.

Naša je zemlja utemeljitelj još jedne vrste dalekovoda - istosmjernih vodova. Isplativije je prenositi istosmjernu struju preko dalekovoda od izmjenične struje, jer ako duljina vodova prelazi 1,5-2 tisuće km, tada će gubici električne energije pri prijenosu istosmjerne struje biti manji. Prije uvođenja struje u potrošačke domove, ona se ponovno pretvara u izmjeničnu struju.

Za uvođenje struje visokog napona u gradove i njezinu distribuciju do električnih trafostanica, kabelski dalekovodi polažu se pod zemlju. Stručnjaci smatraju da će nadzemni dalekovodi u budućnosti uglavnom ustupiti mjesto kabelskim vodovima. Nadzemni vodovi imaju nedostatak: oko visokonaponskih žica stvara se električno polje koje premašuje Zemljino magnetsko polje. A to ima negativan učinak na ljudsko tijelo. To bi moglo predstavljati još veću opasnost u budućnosti, kada se napon i struja koja se prenosi duž dalekovoda još više poveća. Već sada, kako bi se izbjegle neželjene posljedice, potrebno je napraviti “prolaz” oko dalekovoda gdje je zabranjena gradnja bilo čega.

Ispitana je kabelska linija koja simulira buduće supravodljive vodove. Unutar metalne cijevi, prekrivene s nekoliko slojeva najnaprednije toplinske izolacije, nalazi se bakrena jezgra koja se sastoji od mnogih vodiča, od kojih je svaki prekriven filmom niobija. Unutar cijevi se održava prava kozmička hladnoća - temperatura od 4,2 K. Na ovoj temperaturi nema gubitka električne energije zbog otpora.

Za prijenos električne energije znanstvenici su razvili vodove ispunjene plinom (GIL). GIL je metalna cijev ispunjena plinom - sumpornim heksafluoridom. Ovaj plin je izvrstan izolator. Izračuni pokazuju da je pri povećanom tlaku plina moguće prenijeti električnu struju napona do 500 kV kroz žice položene unutar cijevi.

Kabelski dalekovodi položeni ispod zemlje uštedjet će stotine tisuća hektara dragocjene zemlje, posebno u velikim gradovima.

Kao što smo već rekli, takav prijenos električne energije povezan je s primjetnim gubicima. Činjenica je da električna struja zagrijava žice dalekovoda. U skladu s Joule-Lenzovim zakonom, energija potrošena na zagrijavanje žica linije određena je formulom

Q = ja 2Rt

gdje je R otpor linije. Ako je duljina voda jako duga, prijenos energije može postati ekonomski neisplativ. Praktično je vrlo teško značajno smanjiti otpor vodova. Stoga je potrebno smanjiti snagu struje.

Budući da je trenutna snaga proporcionalna umnošku struje i napona, za održavanje prenesene snage potrebno je povećati napon u dalekovodu. Štoviše, što je dalekovod duži, to je isplativije koristiti viši napon. Tako se u visokonaponskom dalekovodu Volzhskaya HE - Moskva koristi napon od 500 kV. U međuvremenu, generatori izmjenične struje izgrađeni su za napone koji ne prelaze 16-20 kV. Viši naponi zahtijevali bi složene posebne mjere za izolaciju namota i drugih dijelova generatora.

Zbog toga se u velikim elektranama postavljaju pojačavajući transformatori. Transformator povećava napon u liniji za onoliko koliko smanjuje struju.

Za izravnu uporabu električne energije u motorima alatnih strojeva, u rasvjetnoj mreži iu druge svrhe, napon na krajevima vodova mora se smanjiti. To se postiže korištenjem silaznih transformatora.

Obično se smanjenje napona i, sukladno tome, povećanje struje odvija u nekoliko faza. U svakoj fazi napon postaje sve manji, a područje pokriveno električnom mrežom postaje sve šire (slika 4).

Kada je napon vrlo visok, između žica počinje koronsko pražnjenje, što dovodi do gubitka energije. Dopuštena amplituda izmjeničnog napona mora biti takva da za danu površinu poprečnog presjeka žice gubici energije zbog koronskog pražnjenja budu beznačajni.

Elektroelektrane u nizu regija u zemlji povezane su dalekovodima visokog napona, tvoreći zajedničku električnu mrežu na koju su priključeni potrošači. Ova kombinacija, nazvana energetskim sustavom, omogućuje izjednačavanje "vršnih" opterećenja potrošnje energije u jutarnjim i večernjim satima. Elektroenergetski sustav osigurava nesmetanu opskrbu potrošača energijom bez obzira na njihovu lokaciju. Sada je gotovo cijeli teritorij zemlje opskrbljen električnom energijom jedinstvenim energetskim sustavima.

Gubitak od 1% električne energije dnevno za našu zemlju donosi gubitak od oko pola milijuna rubalja.

3.2 Transformator

Izmjenična struja se od istosmjerne razlikuje po tome što joj se jakost može relativno lako mijenjati. Uređaji koji pretvaraju izmjeničnu struju jednog napona u izmjeničnu struju drugog napona nazivaju se električni transformatori (od latinske riječi “transformo” - “pretvaram”). Transformator je izumio ruski elektroinženjer P. N. Yablochkin 1876. godine.

Transformator se sastoji od nekoliko zavojnica (namota) namotanih na okvir s izoliranom žicom, koji su postavljeni na jezgru izrađenu od tankih specijalnih čeličnih ploča.

Izmjenična električna struja koja teče kroz jedan od namota, nazvan primarni, stvara oko njega i u jezgri izmjenično magnetsko polje, prelazeći zavoje drugog - sekundarnog - namota transformatora, pobuđujući u njemu izmjeničnu elektromotornu silu. Dovoljno je spojiti žarulju sa žarnom niti na stezaljke sekundarnog namota, a izmjenična struja će teći u rezultirajućem zatvorenom krugu. Dakle, električna energija se prenosi s jednog namota transformatora na drugi bez izravnog povezivanja, samo zahvaljujući izmjeničnom magnetskom polju koje povezuje namote.

Ako oba namota imaju različit broj zavoja, tada će se u sekundarnom namotu inducirati isti napon kao što je induciran u primarnom. Na primjer, ako na primarni namot transformatora primijenite izmjeničnu struju od 220 V, tada će se u sekundarnom namotu pojaviti struja od 220 V. Ako su namoti različiti, napon u sekundarnom namotu neće biti jednak na napon doveden na primarni namot. U transformatoru za povećanje, tj. u transformatoru koji povećava napon električne struje sekundarni namot sadrži više zavoja nego primarni, stoga je napon na njemu veći nego na primarnom. U silaznom transformatoru, naprotiv, sekundarni namot sadrži manje zavoja od primarnog, pa je napon na njemu manji.

Transformatori se široko koriste u industriji i svakodnevnom životu. Energetski električni transformatori omogućuju prijenos izmjenične struje duž dalekovoda na velike udaljenosti uz male gubitke energije. Da bi se to postiglo, napon izmjenične struje koji generiraju generatori elektrane se pomoću transformatora podiže na napon od nekoliko stotina tisuća volti i šalje duž dalekovoda u različitim smjerovima. Na mjestu potrošnje energije, mnogo kilometara udaljenom od elektrane, ovaj napon se smanjuje transformatorima.

Tijekom rada, snažni transformatori postaju vrlo vrući. Da bi se smanjilo zagrijavanje jezgre i namota, transformatori se stavljaju u posebne spremnike s mineralnim uljem. Električni transformator opremljen takvim sustavom hlađenja ima vrlo impresivne dimenzije: njegova visina doseže nekoliko metara, a njegova težina je stotine tona. Osim takvih transformatora, postoje i patuljasti transformatori koji rade u radijima, televizorima, magnetofonima i telefonima. Uz pomoć takvih transformatora dobiva se nekoliko napona koji napajaju različite krugove uređaja, prenose signale iz jednog električnog kruga u drugi, iz kaskade u kaskadu i razdvajaju električne krugove.

Kao što smo već rekli, transformator se sastoji od zatvorene čelične jezgre, na koju su postavljena dva (ponekad i više) svitka sa žičanim namotima (slika 5). Jedan od namota, koji se naziva primarni namot, spojen je na izvor izmjeničnog napona. Drugi namot, na koji je spojeno "opterećenje", tj. aparati i uređaji koji troše električnu energiju nazivaju se sekundarnim. Dijagram konstrukcije transformatora s dva namota prikazan je na slici 6.

Rad transformatora temelji se na pojavi elektromagnetske indukcije. Kada izmjenična struja prolazi kroz primarni namot, u jezgri se pojavljuje izmjenični magnetski tok, koji pobuđuje induciranu emf u svakom namotu. Čelična jezgra transformatora koncentrira magnetsko polje tako da magnetski tok postoji gotovo isključivo unutar jezgre i isti je u svim njezinim dijelovima.

Trenutna vrijednost inducirane emf e u bilo kojem zavoju primarnog ili sekundarnog namota je ista. Prema Faradayevom zakonu određuje se formulom

e = - F,

gdje je F derivacija toka magnetske indukcije u odnosu na vrijeme. Ako

F=F m cos wt, dakle

Stoga,

e = wF m sinwt,

e = E m sinwt,

gdje je E m = wF m - amplituda EMF-a u jednom zavoju.

Ako se na krajeve sekundarnog namota spoji krug koji troši električnu energiju ili, kako kažu, optereti transformator, tada struja u sekundarnom namotu više neće biti nula. Rezultirajuća struja, prema Lenzovom pravilu, trebala bi smanjiti promjene magnetskog polja u jezgri.

Ali smanjenje amplitude oscilacija rezultirajućeg magnetskog toka trebalo bi zauzvrat smanjiti induciranu emf u primarnom namotu. Međutim, to je nemoguće, jer prema u 1~e 1. stoga, kada je strujni krug sekundarnog namota zatvoren, struja u primarnom namotu automatski raste. Njegova amplituda raste na takav način da se vrati prethodna vrijednost amplitude oscilacija rezultirajućeg magnetskog toka.

Povećanje jakosti struje u krugu primarnog namota događa se u skladu sa zakonom očuvanja energije: otpuštanje električne energije u krug spojen na sekundarni namot transformatora popraćeno je potrošnjom iste energije iz mreže od strane primarni namot. Snaga u primarnom krugu pri opterećenju transformatora blizu nazivnog približno je jednaka snazi ​​u sekundarnom krugu: U 1ja 1~U 2ja 2.

To znači da višestrukim povećanjem napona pomoću transformatora za isto toliko smanjujemo struju (i obrnuto).

U modernim snažnim transformatorima ukupni gubici energije ne prelaze 2-3%.

Da bi prijenos električne energije bio ekonomski isplativ, potrebno je da gubici grijanja žica budu što manji. To se postiže prijenosom električne energije na velike udaljenosti pod visokim naponom. Činjenica je da kada se napon poveća, ista se energija može prenijeti pri nižoj jakosti struje, što dovodi do smanjenja zagrijavanja žica, a time i do smanjenja gubitaka energije. U praksi se pri prijenosu energije koriste naponi od 110, 220, 380, 500, 750 i 1150 kV. Što je strujni vod duži, to koristi veći napon.

Generatori izmjenične struje proizvode napon od nekoliko kilovolti. Pretvorba generatora na više napone je teška - u tim slučajevima bi bila potrebna posebno visoka kvaliteta izolacije svih dijelova generatora pod strujom. Stoga, pri prijenosu energije na velike udaljenosti, potrebno je povećati napon pomoću transformatora instaliranih na trafostanicama.

Shema rada električnih podstanica: step-up, pretvarač (vuča), step-down.

Transformirani visoki napon prenosi se dalekovodima do mjesta potrošnje. Ali potrošaču ne treba visoki napon. Treba ga spustiti. To se postiže kod trafostanica s niskim stupnjem.

Snižene trafostanice dijele se na područne, glavne snižene i lokalne trafostanice. Područni dobivaju električnu energiju izravno iz visokonaponskih dalekovoda, snižavaju napon i prenose ga u glavne snižene trafostanice, gdje se napon smanjuje na 6,10 ili 35 kV. Iz glavnih trafostanica električna energija se opskrbljuje lokalnim, gdje se napon smanjuje na 500, 380, 220 V i distribuira industrijskim poduzećima i stambenim zgradama.

Ponekad se iza pojačane trafostanice nalazi i pretvaračka trafostanica, gdje se izmjenična električna struja pretvara u istosmjernu. Ovdje se odvija trenutno ispravljanje. Istosmjerna struja se prenosi preko dalekovoda na velike udaljenosti. Na kraju voda na istoj trafostanici, ponovno se pretvara (invertira) u izmjeničnu struju, koja se dovodi do glavnih padajućih trafostanica. Za napajanje elektrificiranih transportnih i industrijskih postrojenja istosmjernom strujom, pretvaračke transformatorske stanice (u prometu se nazivaju vučne) grade se uz glavne i lokalne trafostanice.

generator električne struje transformator

Poglavlje 4. Energija za proizvođača čelika

.1 Proizvodnja čelika u električnim pećima

Električna peć je uređaj u kojem se toplina dobivena pretvorbom električne energije u toplinsku predaje materijalu koji se tali. Prema načinu pretvaranja električne energije u toplinu, električne peći se dijele u sljedeće skupine:

) luk, kod kojeg se električna energija u luku pretvara u toplinu;

) otporne peći, u kojima se toplina stvara u posebnim elementima ili sirovinama kao rezultat prolaska električne struje kroz njih;

) kombinirane, rade istovremeno kao lučne i otporne peći (rudno-termičke peći);

) indukcija, u kojoj se metal zagrijava vrtložnim tokovima pobuđenim u njemu elektromagnetskom indukcijom;

) elektronski snop, u kojem se uz pomoć električne struje u vakuumu stvara strogo usmjeren tok elektrona koji bombardiraju i tope polazne tvari;

) plazma, u kojoj se zagrijavanje i taljenje metala vrši niskotemperaturnom plazmom.

U električnoj peći moguće je proizvesti legirani čelik s niskim udjelom sumpora i fosfora, nemetalnih uključaka, dok je gubitak legiranih elemenata znatno manji. U procesu električnog taljenja moguće je precizno regulirati temperaturu metala i njegov sastav, te taliti legure gotovo bilo kojeg sastava.

Električne peći imaju značajne prednosti u odnosu na druge jedinice za proizvodnju čelika, stoga se visokolegirane legure alata, nehrđajuće legure kugličnih ležajeva, čelici otporni na toplinu i toplinu, kao i mnogi konstrukcijski čelici tale samo u ovim pećima. Snažne električne peći uspješno se koriste za proizvodnju niskolegiranih i visokougljičnih čelika s otvorenim ložištem. Osim toga, u električnim pećima se proizvode razne feroslitine, koje su legure željeza s elementima koji se moraju ukloniti u čelik radi legiranja i deoksidacije.

Konstrukcija elektrolučnih peći.

Prva elektrolučna peć u Rusiji postavljena je 1910. u tvornici Obukhov. Tijekom godina petogodišnjih planova izgrađeno je na stotine različitih peći. Kapacitet najveće peći u SSSR-u je 200 tona, sastoji se od cilindričnog željeznog kućišta sa sfernim dnom. Unutrašnjost kućišta ima vatrootpornu oblogu. Prostor za taljenje peći pokriven je krovom koji se može skinuti.

Pećnica ima radni prozor i ispust sa odvodnim otvorom. Peć se napaja trofaznom izmjeničnom strujom. Zagrijavanje i taljenje metala vrši se snažnim električnim lukom koji gori između krajeva triju elektroda i metala u peći. Peć se oslanja na dva potporna sektora koji se kotrljaju duž okvira. Nagib peći prema izlazu i radnom prozoru izvodi se pomoću mehanizma zupčanika. Prije punjenja peći, luk ovješen na lance se podigne do portala, zatim se portal sa lukom i elektrodama okrene prema odvodnom kanalu i peć se puni kadom.

Strojarska oprema elektrolučne peći.

Kućište peći mora izdržati opterećenje od mase vatrostalnih materijala i metala. Izrađuje se od šavnog željeznog lima debljine 16-50 mm, ovisno o veličini ložišta. Oblik kućišta određuje profil radnog prostora elektrolučne peći. Najčešći tip kućišta koji se trenutno koristi je konusno kućište. Donji dio kućišta ima oblik cilindra, gornji dio je stožastog oblika s proširenjem prema vrhu. Ovaj oblik kućišta olakšava punjenje peći vatrostalnim materijalom; nagnute stijenke povećavaju izdržljivost ziđa, budući da se nalazi dalje od električnih lukova. Također se koriste cilindrična kućišta s vodom hlađenim pločama. Za održavanje ispravnog cilindričnog oblika, kućište je ojačano rebrima i prstenovima za ukrućenje. Dno kućišta obično se izrađuje sferično, što osigurava najveću čvrstoću kućišta i minimalnu težinu zidanja. Dno je od nemagnetskog čelika za ugradnju elektromagnetske miješalice ispod peći.

Vrh pećnice prekriven je svodom. Svod je sastavljen od vatrostalnih opeka u metalnom vodeno hlađenom svodu, koji podnosi sile potiskivanja lučnog sfernog svoda. kućište peći. U opeci svoda ostavljene su tri rupe za elektrode. Promjer rupa je veći od promjera elektrode, pa tijekom taljenja u procjep naviru vrući plinovi koji razaraju elektrodu i odvode toplinu iz peći. Da bi se to spriječilo, na svod se ugrađuju hladnjaci ili ekonomajzeri koji služe za brtvljenje otvora elektroda i hlađenje zida svoda. Plinsko-dinamički ekonomizatori osiguravaju brtvljenje pomoću zračne zavjese oko elektrode. Krov također ima rupu za usisavanje prašnjavih plinova i rupu za koplje za kisik.

Za utovar šarže u peć malog kapaciteta i utovar legure i topitelja u velike peći za preuzimanje troske, pregled, punjenje i popravak peći postoji prozor za utovar uokviren lijevanim okvirom. Na okvir su pričvršćene vodilice po kojima klizi amortizer. Zaklopka je obložena vatrostalnom opekom. Za podizanje zaklopke koristi se pneumatski, hidraulički ili elektromehanički pogon.

Na suprotnoj strani kućište ima prozor za ispuštanje čelika iz peći. Na prozor je zavaren odvodni oluk. Rupa za otpuštanje čelika može biti okrugla promjera 120-150 mm ili kvadratna promjera 150 x 250 mm. Odvodni žlijeb ima koritasti presjek i zavaren je za kućište pod kutom od 10-12° u odnosu na horizontalu. Žlijeb je iznutra obložen šamotnom opekom, dužine 1-2 m.

Držači elektroda služe za dovod struje do elektroda i za stezanje elektroda. Glave držača elektroda izrađene su od bronce ili čelika i hlade se vodom jer su jako vruće i od topline iz peći i od kontaktnih struja. Držač elektrode treba čvrsto stegnuti elektrodu i imati mali kontaktni otpor. Trenutno je najčešći opružno-pneumatski držač elektrode. Elektroda se steže fiksnim prstenom i steznom pločom, koja je oprugom pritisnuta na elektrodu. Ploča se sabija iz elektrode, a opruga se sabija komprimiranim zrakom. Držač elektrode montiran je na metalnu čahuru - konzolu, koja je pričvršćena na pomični stalak u obliku slova L u jednu krutu strukturu. Stup se može pomicati gore ili dolje unutar fiksnog stupića. Tri fiksna stupa kruto su povezana u jednu zajedničku strukturu, koja se oslanja na platformu postolja peći.

Kretanje pokretnih teleskopskih regala događa se pomoću sustava kabela i protuutega koje pokreću električni motori ili pomoću hidrauličkih uređaja. Mehanizmi za pomicanje elektroda trebaju osigurati brzo podizanje elektroda u slučaju kolapsa naboja tijekom procesa taljenja, kao i glatko spuštanje elektroda kako bi se izbjeglo njihovo uranjanje u metal ili udarci o neotopljene komade naplatiti. Brzina podizanja elektroda je 2,5-6,0 m/min, brzina spuštanja 1,0-2,0 m/min.

Mehanizam nagiba peći treba glatko naginjati peć prema izlazu pod kutom od 40-45° za ispuštanje čelika i pod kutom od 10-15 stupnjeva prema radnom prozoru za ispuštanje troske. Okvir peći, ili kolijevka, na koju je ugrađeno tijelo, oslanja se na dva do četiri potporna sektora, koji se kotrljaju duž horizontalnih vodilica. Sektori imaju rupe, a vodilice imaju zupce, koji sprječavaju klizanje sektora kada je pećnica nagnuta. Naginjanje peći provodi se pomoću mehanizma zupčanika i zupčanika ili hidrauličkog pogona. Dva cilindra postavljena su na fiksne temeljne nosače, a šipke su šarkama spojene na potporne sektore postolja peći.

Sustav punjenja peći postoji u dvije vrste: kroz prozor za punjenje pomoću stroja za punjenje muldoza i kroz vrh pomoću kante. Punjenje kroz prozor koristi se samo na malim pećnicama. Prilikom punjenja peći odozgo u jednom ili dva koraka tijekom 5 minuta, obloga se manje hladi i vrijeme taljenja se smanjuje; potrošnja energije je smanjena; Volumen peći koristi se učinkovitije. Za punjenje peći, krov se podigne 150-200 mm iznad kućišta peći i okrene u stranu zajedno s elektrodama, potpuno otvarajući radni prostor peći za uvođenje kade za punjenje. Krov peći je obješen na okvir. Povezan je s fiksnim stalcima držača elektroda u jednu krutu strukturu, oslonjenu na rotirajuću konzolu, koja je postavljena na potporni ležaj. Velike peći imaju rotirajući toranj, u kojem su koncentrirani svi mehanizmi za okretanje krova. Toranj se okreće oko šarke na valjcima duž lučne tračnice.

Kadica je čelični cilindar, čiji je promjer manji od promjera radnog prostora peći. Na dnu cilindra nalaze se pomični fleksibilni sektori, čiji se krajevi spajaju kroz prstenove s kabelom. Vaganje i utovar šarže vrši se u šaržnom dvorištu talionice električne peći. Kadica se dovozi u radionicu na kolicima, podiže se dizalicom i spušta u peć.

Uz pomoć pomoćnog podizanja dizalice, kabel se izvlači iz ušica sektora i prilikom podizanja kade sektori se otvaraju, a šarža se sipa u peć redoslijedom kojim je stavljena u ložište. kada. Kada se kao punjenje koriste metalizirani peleti, punjenje se može kontinuirano vršiti kroz cjevovod koji prolazi kroz otvor na krovu peći. Tijekom taljenja elektrode urezuju tri jažice u naboju na čijem se dnu nakuplja tekući metal. Da bi se ubrzalo taljenje, peći su opremljene rotirajućim uređajem koji okreće tijelo u jednom ili drugom smjeru pod kutom od 80°. U ovom slučaju, elektrode režu devet jažica u naboju. Za rotaciju tijela podignite luk, podignite elektrode iznad razine napunjenosti i okrenite tijelo pomoću prstenastog zupčanika pričvršćenog na tijelo i zupčanike. Tijelo peći počiva na valjcima.

Čišćenje ispušnih plinova.

Moderne velike lučne peći za taljenje čelika tijekom rada ispuštaju velike količine prašnjavih plinova u atmosferu. Tome dodatno pridonosi upotreba kisika i praškastih materijala.

Sadržaj prašine u plinovima elektrolučnih peći doseže 10 g/m^3 i znatno premašuje normu. Za prikupljanje prašine, plinovi se usisavaju iz radnog prostora peći pomoću snažnog ventilatora. Da biste to učinili, u krovu peći napravljena je četvrta rupa s cijevi za usis plina. Cijev se povezuje sa stacionarnim cjevovodom kroz otvor koji omogućuje naginjanje ili rotiranje pećnice. Usput se plinovi razrjeđuju zrakom potrebnim za naknadno izgaranje CO. Plinovi se potom vodenim mlazovima hlade u izmjenjivaču topline i usmjeravaju u sustav Venturijevih cijevi, gdje se ovlaživanjem zadržava prašina. Također se koriste tkaninski filtri, dezintegratori i električni taložnici. Koriste se sustavi za pročišćavanje plinova koji obuhvaćaju cjelokupnu elektropećnu talionicu, s ugradnjom dimnih napa ispod krova radnje iznad elektropeći.

Obloga peći.

Većina elektrolučnih peći ima glavnu oblogu koja se sastoji od materijala na bazi MgO. Obloga peći stvara metalnu kupku i igra ulogu toplinsko-izolacijskog sloja koji smanjuje gubitak topline. Glavni dijelovi obloge su dno peći, zidovi i krov. Temperatura u području električnih lukova doseže nekoliko tisuća stupnjeva. Iako je obloga peći odvojena od lukova, ipak mora izdržati temperature do 1700°C. U tom smislu, materijali koji se koriste za oblaganje moraju imati visoku vatrootpornost, mehaničku čvrstoću, toplinsku i kemijsku otpornost. Ložište peći za taljenje čelika sastavlja se sljedećim redoslijedom. Azbestna ploča postavlja se na čelično kućište, na azbestni sloj šamotnog praha, dva sloja šamotne opeke i temeljni sloj magnezitne opeke. Radni sloj magnezitnog praha sa smolom i smolom, proizvodom rafinacije nafte, puni se na dno od magnezitne opeke. Debljina otisnutog sloja je 200 mm. Ukupna debljina ložišta približno je jednaka dubini kupke i može doseći 1 m za velike peći. Zidovi peći postavljeni su nakon odgovarajućeg polaganja azbestnih i šamotnih opeka od nepečenih magnezitno-kromitnih opeka velikih dimenzija do 430 mm. Zidanje zidova može se izvesti od opeke u željeznim kasetama, koje osiguravaju zavarivanje opeke u jedan monolitni blok. Trajnost zidova doseže 100-150 talina. Trajnost ognjišta je jedna do dvije godine. Obloga krova peći radi u teškim uvjetima. Podnosi velika toplinska opterećenja od gorućeg luka i topline reflektirane od troske. Svodovi velikih peći izrađeni su od magnezitno-kromitne opeke. Pri gradnji svoda koriste se normalne i fazonirane opeke. U poprečnom presjeku, svod ima oblik luka, što osigurava čvrsto prianjanje opeke jedna na drugu. Trajnost luka je 50 - 100 taljenja. Ovisi o električnom načinu taljenja, o duljini boravka tekućeg metala u peći, sastavu čelika i troske koja se tali. Trenutno vodeno hlađeni svodovi i zidni paneli postaju široko rasprostranjeni. Ovi elementi olakšavaju servis obloge.

Struja se dovodi u prostor za taljenje peći kroz elektrode sastavljene od sekcija, od kojih je svaka okrugla gredica promjera od 100 do 610 mm i duljine do 1500 mm. U malim električnim pećima koriste se ugljične elektrode, u velikim - grafit. Grafitne elektrode izrađuju se od ugljikovih materijala s niskim sadržajem pepela: petrol koksa, smole, smole. Elektrodna masa se miješa i preša, nakon čega se sirovi izradak peče u plinskim pećima na 1300 stupnjeva i podvrgava dodatnom grafitiziranom pečenju na temperaturi od 2600 - 2800 stupnjeva u elektrootpornim pećima. Tijekom rada, kao rezultat oksidacije plinovima iz peći i atomizacije tijekom izgaranja luka, elektrode izgaraju.

Kako se elektroda skraćuje, ona se spušta u peć. U ovom slučaju, držač elektrode se približava luku. Dođe trenutak kada elektroda postane toliko kratka da ne može podnijeti luk i mora se produžiti. Za produženje elektroda, na krajevima sekcija izrađuju se rupe s navojem u koje se uvija adapter-nazuvica, s kojom se spajaju pojedine sekcije. Potrošnja elektroda je 5-9 kg po toni proizvedenog čelika.

Električni luk je jedna od vrsta električnog pražnjenja u kojem struja prolazi kroz ionizirane plinove i metalne pare. Kada se elektrode nakratko približe naboju ili jedna drugoj, dolazi do kratkog spoja.

Teče velika struja. Krajevi elektroda postaju bijelo užareni. Prilikom razmicanja elektroda između njih nastaje električni luk. Iz vruće katode dolazi do termoemisije elektrona koji se, idući prema anodi, sudaraju s molekulama neutralnog plina i ioniziraju ih. Negativni ioni su usmjereni na anodu, a pozitivni ioni na katodu. Prostor između anode i katode postaje ioniziran i vodljiv. Bombardiranje anode elektronima i ionima uzrokuje njeno jako zagrijavanje. Temperatura anode može doseći 4000 stupnjeva. Luk može gorjeti na istosmjernu i izmjeničnu struju. Elektrolučne peći rade na izmjeničnu struju. Nedavno je u Njemačkoj izgrađena jednosmjerna elektrolučna peć.

U prvoj polovici perioda, kada je elektroda katoda, luk gori. Kada se polaritet promijeni, kada naboj - metal - postane katoda, luk se gasi, jer u početnom periodu taljenja metal još nije zagrijan i njegova temperatura je nedovoljna za emisiju elektrona. Stoga u početnom razdoblju taljenja luk gori nemirno i isprekidano. Nakon što je kupka prekrivena slojem troske, luk se stabilizira i ravnomjernije gori.

Električna oprema.

Elektrode služe za dovod struje u radni prostor peći i formiranje električnog luka. Elektrode mogu biti ugljične ili grafitne. U elektroproizvodnji čelika koriste se uglavnom grafitizirane elektrode. Ugljične elektrode se obično koriste na malim pećima.

Elektrooprema lučnih peći uključuje opremu za glavni strujni krug, upravljačko-mjernu, zaštitnu i signalnu opremu, kao i automatski regulator mehanizma za kretanje elektroda, elektropogone za mehanizme peći i instalaciju za elektromagnetsko miješanje metala.

Radni napon elektrolučnih peći je 100 - 800 V, a struja se mjeri u desecima tisuća ampera. Snaga jedne instalacije može doseći 50 - 140 MV*A. Strujni napon do 110 kV dovodi se u trafostanicu elektropećnice. Visoki napon napaja primarne namotaje transformatora peći. Električna oprema elektrolučne peći uključuje sljedeće uređaje:

Zračni rastavljač je namijenjen za odvajanje cijele instalacije električne peći od visokonaponskog voda tijekom taljenja. Rastavljač nije namijenjen za uključivanje i isključivanje struje, pa se može koristiti samo s podignutim elektrodama i bez luka. Strukturno, rastavljač je trofazna sklopka tipa sjeckanja.

Glavni prekidač služi za odvajanje pod opterećenjem električnog kruga kroz koji teče struja visokog napona. Ako šarža nije čvrsto postavljena u peć na početku taljenja, dok je šarža još hladna, lukovi gore nestabilno, šarža kolabira i dolazi do kratkih spojeva između elektroda. U tom se slučaju jakost struje naglo povećava. To dovodi do velikih preopterećenja transformatora, koji mogu pokvariti. Kada struja prijeđe zadanu granicu, prekidač automatski isključuje instalaciju, za što postoji relej maksimalne struje.

Za pretvaranje visokog napona u niski (od 6-10 kV do 100-800 V) potreban je transformator peći. Namoti visokog i niskog napona i magnetski krugovi na kojima su smješteni nalaze se u spremniku s uljem, koji služi za hlađenje namota. Hlađenje se ostvaruje prisilnim pumpanjem ulja iz kućišta transformatora u spremnik izmjenjivača topline, u kojem se ulje hladi vodom. Transformator se postavlja uz elektropeć u posebnoj prostoriji. Ima uređaj koji vam omogućuje da mijenjate namotaje u fazama i tako postupno regulirate napon koji se dovodi u peć. Na primjer, transformator za kućnu peć od 200 tona kapaciteta 65 MV*A ima 23 naponske razine koje se prebacuju pod opterećenjem, bez gašenja peći.

Dio električne mreže od transformatora do elektroda naziva se kratka mreža. Napajači koji izlaze iz zida trafostanice opskrbljuju napon do držača elektroda pomoću fleksibilnih, vodom hlađenih kabela. Duljina fleksibilnog dijela treba omogućiti željeni nagib peći i otvor krova za utovar. Fleksibilni kabeli spojeni su na bakrene vodeno hlađene šipke ugrađene na rukavce držača elektroda. Cijevne gume su izravno povezane s glavom držača elektrode, koja steže elektrodu. Osim navedenih glavnih komponenti električne mreže, uključuje različitu mjernu opremu spojenu na strujne vodove preko strujnih ili naponskih transformatora, kao i uređaje za automatsku kontrolu procesa taljenja.

Automatska regulacija.

Kako taljenje napreduje, različite količine energije potrebne su za dovod elektrolučne peći. Napajanje možete promijeniti promjenom napona ili struje luka. Regulacija napona provodi se preklapanjem namota transformatora. Struja se regulira promjenom udaljenosti između elektrode i naboja podizanjem ili spuštanjem elektroda. U tom se slučaju napon luka ne mijenja. Spuštanje ili podizanje elektroda provodi se automatski pomoću automatskih regulatora instaliranih u svakoj fazi peći. U modernim pećima, određeni program električnog načina rada može se postaviti za cijelo razdoblje taljenja.

Uređaj za elektromagnetsko miješanje metala.

Za miješanje metala u velikim lučnim pećima, radi ubrzanja i olakšavanja tehnoloških operacija skidanja troske, u kutiju ispod dna peći ugrađuje se električni namot koji se hladi vodom ili komprimiranim zrakom. Namoti statora napajaju se strujom niske frekvencije iz dvofaznog generatora, koji stvara putujuće magnetsko polje koje zahvaća kupku tekućeg metala i uzrokuje pomicanje nižih slojeva metala duž dna peći u smjeru kretanja polja. Gornji slojevi metala, zajedno s troskom koja je uz njega, kreću se u suprotnom smjeru. Na taj način se kretanje može usmjeriti ili prema radnom prozoru, što će olakšati izlazak troske iz peći, ili prema otvoru za odvod, što će pogodovati ravnomjernoj raspodjeli legirajućeg i dezoksidanta te usrednjavanju sastava metala i njegovih temperatura. Ova metoda je nedavno imala ograničenu upotrebu, budući da se u teškim pećima metal aktivno miješa pomoću luka. Taljenje čelika u glavnoj elektrolučnoj peći.

Sirovine.

Glavni materijal za električno taljenje je čelični otpad. Otpad ne bi trebao biti jako oksidiran, budući da prisutnost velike količine hrđe unosi značajnu količinu vodika u čelik. Ovisno o kemijskom sastavu, otpad se mora razvrstati u odgovarajuće skupine. Glavna količina otpada namijenjenog topljenju u električnim pećima mora biti kompaktna i teška. S malom masovnom masom otpada, cijeli dio za topljenje ne stane u peć. Potrebno je prekinuti proces taljenja i napuniti punjenje. To povećava trajanje taljenja, dovodi do povećanja potrošnje energije i smanjuje produktivnost električnih peći. Nedavno se u električnim pećima koriste metalizirani peleti dobiveni metodom izravne redukcije. Prednost ove vrste sirovine, koja sadrži 85-93% željeza, je što nije onečišćena bakrom i drugim nečistoćama. Preporučljivo je koristiti pelete za taljenje konstrukcijskih legiranih čelika visoke čvrstoće, elektrotehničkih čelika i čelika za kuglične ležajeve.

Legirani otpad nastaje u elektropećnoj talionici u obliku podlivenih ingota i lijeva; u odjelu za skidanje izolacije u obliku strugotine, u valjaonicama u obliku obruba i otpadaka itd.; Osim toga, mnogo legiranog otpada dolazi iz pogona za izgradnju strojeva. Korištenje legiranog metalnog otpada omogućuje uštedu vrijednih materijala za legiranje i povećava ekonomsku učinkovitost električnih talina. Meko željezo se posebno tali u otvorenim pećima i konvertorima i koristi se za kontrolu sadržaja ugljika tijekom procesa električnog taljenja.

4.2 Tipični prijamnici električne energije

Potrošači razmatrane skupine stvaraju ravnomjerno i simetrično opterećenje u sve tri faze. Udari opterećenja javljaju se samo tijekom pokretanja. Faktor snage je prilično stabilan i obično ima vrijednost od 0,8-0,85. Za električni pogon velikih pumpi, kompresora i ventilatora najčešće se koriste sinkroni motori koji rade s vodećim faktorom snage.

Uređaji za dizanje i transport rade u isprekidanom načinu rada. Ove uređaje karakteriziraju česti udari opterećenja. zbog naglih promjena opterećenja mijenja se i faktor snage u značajnim granicama, u prosjeku od 0,3 do 0,8. U pogledu besprekidnog napajanja ove uređaje treba svrstati (ovisno o mjestu rada i ugradnje) u potrošače 1. i 2. kategorije. Uređaji za dizanje i transport koriste izmjeničnu (50 Hz) i istosmjernu struju. U većini slučajeva, opterećenje od opreme za podizanje na AC strani treba smatrati simetričnim u sve tri faze.

Instalacije električne rasvjete

Električne žarulje su jednofazno opterećenje, međutim zbog male snage prijemnika (obično ne više od 2 kW) u električnoj mreži, pravilnim grupiranjem rasvjetnih tijela može se postići prilično ujednačeno opterećenje po fazama ( s asimetrijom ne većom od 5-10%).

Priroda opterećenja je ujednačena, bez šokova, ali njegova vrijednost varira ovisno o dobu dana, godini i geografskom položaju. Trenutna frekvencija je opća industrijska, jednaka 50 Hz. Faktor snage za žarulje sa žarnom niti je 1, za žarulje s izbojem u plinu 0,6. Treba imati na umu da se u žicama, posebno u neutralnim žicama, pojavljuju viši harmonici struje kada se koriste žarulje s izbojem u plinu.

Kratkotrajni (nekoliko sekundi) hitni prekidi u opskrbi rasvjetnih instalacija su prihvatljivi. Za neke vrste proizvodnje neprihvatljive su duge pauze (minuti i sati) u prehrani. U takvim slučajevima koristi se rezervno napajanje iz drugog izvora struje (u nekim slučajevima čak i iz neovisnog istosmjernog izvora). U onim industrijama gdje gašenje rasvjete ugrožava sigurnost ljudi, koriste se posebni sustavi rasvjete za nuždu. Za rasvjetne instalacije industrijskih poduzeća koriste se naponi od 6 do 220 V.

Instalacije pretvarača

Za pretvaranje trofazne struje u istosmjernu struju ili trofazne struje industrijske frekvencije 50 Hz u trofaznu ili jednofaznu struju niske, visoke ili visoke frekvencije, na području industrijskog poduzeća grade se pretvarači.

Ovisno o vrsti strujnih pretvarača, zaustavljanja pretvarača dijele se na:

) instalacije poluvodičkih pretvarača;

) pretvaračke jedinice sa živinim ispravljačima;

) pretvaračke jedinice s motor-generatorima,

) pretvarač zaustavlja s mehaničkim ispravljačima.

Instalacije pretvarača će prema namjeni biti sklopive za napajanje

) motori niza strojeva i mehanizama;

) kupke za elektrolizu;

) električni transport unutar postrojenja;

) električni taložnici;

) DC instalacije za zavarivanje, itd.

Instalacije pretvarača za potrebe elektrolize naširoko se koriste u obojenoj metalurgiji za proizvodnju elektrolitičkog aluminija, olova, bakra itd. U takvim instalacijama struja industrijske frekvencije s naponom od 6-35 kV, u pravilu, koristi silicijeve ispravljače. pretvaraju u istosmjerni napon koji zahtijevaju tehnološki uvjeti (do 825 V).

Prekid u opskrbi električnom energijom postrojenja za elektrolizu ne dovodi do teških nesreća s oštećenjem glavne opreme i može se tolerirati nekoliko minuta, au nekim slučajevima i nekoliko sati Ovdje je prekid napajanja povezan uglavnom s nedostatkom proizvodnje . Međutim, zbog obrnute emf. kupelji za elektrolizu, u nekim slučajevima može doći do pomicanja otpuštenih metala natrag u otopinu kupke i, stoga, dodatna potrošnja energije za novo ispuštanje istog metala Instalacije za elektrolizu moraju se opskrbljivati ​​električnom energijom, poput prijamnika 1 kategorija, ali dopuštajući kratkotrajne prekide elektroliznih instalacija daje prilično jednoliku i simetričnu krivulju elektroliznih instalacija je približno 0,85-0,9 stalne ispravljene struje, te se s tim u vezi javlja potreba za regulacijom napona na strani izmjenične struje.

Instalacije pretvarača za unutarindustrijski električni transport (tegljenje, dizanje, razne vrste kretanja tereta itd.) Relativno su male snage (od stotina do 2000-3000 kW). Faktor snage takvih instalacija kreće se od 0,7-0,8. Opterećenje na AC strani je simetrično u fazi, ali se oštro mijenja zbog strujnih vrhova tijekom rada vučnih motora Prekid napajanja prijemnika ove skupine može dovesti do oštećenja proizvoda, pa čak i opreme (osobito u metalurškim postrojenjima). . Prestanak rada transporta u pravilu uzrokuje ozbiljne komplikacije u radu poduzeća, pa se ova skupina potrošača mora opskrbiti električnom energijom, poput prijamnika 1. ili 2. kategorije, čime se omogućuje kratkotrajni prekid napajanja ovih instalacija proizvodi se izmjeničnom strujom industrijske frekvencije napona 0,4-35 kV.

Instalacije pretvarača za napajanje elektrofiltera (s mehaničkim ispravljačima) do 100-200 kW naširoko se koriste za pročišćavanje plina. Ove instalacije napajaju se izmjeničnom strujom industrijske frekvencije iz posebnih transformatora s naponom od 6-10 kV na primarnom namotu, a do 110 kV na sekundarnom namotu faktor snage ovih postavki je 0,7-0,8. Opterećenje na strani visokog napona je simetrično i ravnomjerno, njihovo trajanje ovisi o proizvodnom procesu. U industrijama kao što su kemijska postrojenja, ove instalacije se mogu klasificirati kao prijemnici 1. i 2. kategorije.

Elektromotori proizvodnih mehanizama

Ova vrsta prijemnika nalazi se u svim industrijskim poduzećima. Sve vrste motora koriste se za pogon modernih alatnih strojeva. Snaga motora je vrlo raznolika i varira od frakcija do stotina kilovata i više. U strojevima gdje su potrebne velike brzine vrtnje i njihova regulacija, koriste se istosmjerni motori, napajani ispravljačkim jedinicama. Mrežni napon 660-380/220 V s frekvencijom od 50 Hz Faktor snage jako varira ovisno o tehnološkom procesu U pogledu pouzdanosti napajanja ova skupina prijamnika obično pripada 2. kategoriji. Međutim, postoji niz strojeva gdje je prekid napajanja nedopustiv zbog sigurnosnih uvjeta (moguće ozljede operativnog osoblja) i zbog mogućih oštećenja proizvoda, posebno kod obrade velikih, skupih dijelova.

Električne peći i elektrotermičke instalacije

Prema načinu pretvaranja električne energije u toplinsku dijelimo je na:

) otporne peći;

) indukcijske peći i instalacije;

) elektrolučne peći;

) pećnice s mješovitim grijanjem.

Otporne peći se prema načinu zagrijavanja dijele na neizravne peći i peći izravnog djelovanja. Zagrijavanje materijala u neizravnim pećima događa se zbog topline koju stvaraju grijaći elementi kada kroz njih prolazi električna struja. Peći za neizravno grijanje su instalacije s naponom do 1000 V i napajaju se u većini slučajeva iz mreže od 380 V pri industrijskoj frekvenciji od 50 Hz. Peći se proizvode u jednofaznoj i trofaznoj snazi ​​od jedinica do nekoliko tisuća kilovata. Faktor snage je u većini slučajeva 1.

U pećima s izravnim djelovanjem zagrijavanje se provodi toplinom koja se oslobađa u zagrijanom proizvodu kada kroz njega prolazi električna struja. Peći se izrađuju s jednofaznom i trofaznom snagom do 3000 kW; napajanje se provodi strujom industrijske frekvencije 50 Hz iz mreže 380/220 V ili preko silaznih transformatora iz mreže višeg napona. Faktor snage je u rasponu od 0,7 do 0,9. Većina otporničkih peći u smislu neprekidnog napajanja pripadaju 2. kategoriji prijemnika električne energije.

Peći i instalacije za indukcijsko i dielektrično zagrijavanje dijele se na peći za taljenje i instalacije za kaljenje i prolazno zagrijavanje dielektrika.

Taljenje metala u inercijskim pećima provodi se toplinom koja se stvara u njemu tijekom prolaska indukcijske struje.

Peći za taljenje proizvode se sa i bez čelične jezgre. Jezgrene peći koriste se za taljenje obojenih metala i njihovih legura. Peći se napajaju strujom industrijske frekvencije 50 Hz s naponom od 380 V i više, ovisno o snazi. Jezgrene peći dostupne su u jednofaznoj, dvofaznoj i trofaznoj snazi ​​do 2000 kVA. Faktor snage kreće se od 0,2-0,8 (peći za taljenje aluminija imaju cos(?) = 0,2 - 0,4, za taljenje bakra 0,6-0,8). Peći bez jezgre koriste se za taljenje visokokvalitetnog čelika i, rjeđe, obojenih metala. Industrijske peći bez jezgre mogu se napajati strujom industrijske frekvencije od 50 Hz iz mreže napona 380 V ili više i strujom visoke frekvencije od 500-10 000 Hz iz tiristora ili pretvarača električnih strojeva. Pogonski motori pretvarača napajaju se strujom industrijske frekvencije.

Peći se proizvode sa snagom do 4500 kVA, njihov faktor snage je vrlo nizak: od 0,05 do 0,25. Sve peći za taljenje pripadaju 2. kategoriji prijamnika električne energije. Instalacije za kaljenje i prolazno zagrijavanje, ovisno o namjeni, napajaju se frekvencijama od 50 Hz do stotina kiloherca.

Napajanje visokofrekventnih i visokofrekventnih jedinica proizvodi se od tiristorskih ili induktorskih strojnih pretvarača i cijevnih generatora. Ove instalacije pripadaju 2. kategoriji prijamnika električne energije.

U instalacijama za grijanje dielektrika, zagrijani materijal se stavlja u električno polje kondenzatora, a zagrijavanje nastaje zbog struja pomaka. Ova skupina instalacija široko se koristi za lijepljenje i sušenje drva, zagrijavanje praha za prešu, lemljenje i zavarivanje plastike, sterilizaciju proizvoda itd. Napajanje se vrši strujom frekvencije 20-40 MHz i više. U pogledu besprekidnog napajanja, instalacije za grijanje dielektrika spadaju u 2. kategoriju prijemnika električne energije.

Prema načinu zagrijavanja elektrolučne peći se dijele na izravne i neizravne. U pećima s izravnim djelovanjem zagrijavanje i taljenje metala provodi se toplinom koju stvara električni luk koji gori između elektrode i rastaljenog metala. Peći s izravnim lukom dijele se na više vrsta, od kojih su tipične za proizvodnju čelika i vakuumske.

Peći za taljenje čelika napajaju se strujom industrijske frekvencije od 6-110 V preko silaznih transformatora. Peći se proizvode trofazne s kapacitetom do 45.000 kVA po jedinici. Faktor snage 0,85-0,9. Tijekom rada, u razdoblju taljenja šarže u elektrolučnim pećima za taljenje čelika, dolazi do čestih pogonskih kratkih spojeva (SC). prelazi nominalnu vrijednost za 2,5-3,5 puta. Kratki spojevi uzrokuju pad napona na sabirnicama trafostanice, što negativno utječe na rad ostalih primatelja električne energije. S tim u vezi, zajednički rad elektrolučnih peći i drugih potrošača iz zajedničke trafostanice dopušten je ako, kada se napajaju iz snažnog elektroenergetskog sustava, ukupna snaga peći ne prelazi 40% snage padajuće trafostanice, a kada se napaja iz sustava male snage, 15-20%

Vakuumske lučne peći proizvode se sa snagom do 2000 kW. Napajanje se vrši istosmjernom strujom napona 30-40 V. Kao izvori električne energije koriste se pretvarači električnih strojeva i poluvodički ispravljači spojeni na mrežu izmjenične struje 50 Hz.

Zagrijavanje metala u neizravnim pećima provodi se toplinom koju stvara električni luk koji gori između ugljične elektrode Neizravno grijane lučne peći koriste se za taljenje bakra i njegovih legura. Snaga peći je relativno mala (do 500 kVA); napajanje se napaja strujom industrijske frekvencije od 50 Hz iz posebnih pećnih transformatora. U pogledu besprekidnog napajanja ove peći spadaju u 1. kategoriju prijamnika električne energije, što omogućuje kratkotrajne prekide napajanja.

Električne peći s mješovitim grijanjem mogu se podijeliti na rudno-termičke peći i peći za elektropretaljenje troske.

U rudno-termičkim pećima materijal se zagrijava toplinom, koja se oslobađa kada električna struja prolazi kroz punjenje i gori luk. Peći se koriste za proizvodnju ferolegura, korunda, taljenje lijevanog željeza, olova, sublimaciju fosfora, taljenje bakra i bakar-nikal kamina. Snaga se napaja strujom industrijske frekvencije preko silaznih transformatora. Snaga nekih peći je vrlo velika i do 100 MVA (peći za sublimaciju žutog fosfora). Faktor snage 0,85-0,92. U pogledu besprekidnog napajanja, peći za rudno-termičke procese spadaju u 2. kategoriju prijemnika električne energije.

U pećima za elektropretaljenje troske zagrijavanje se provodi zbog topline koja se oslobađa u troski kada kroz nju prolazi struja. Troska se topi toplinom električnog luka. Elektropretaljivanjem troske dobivaju se visokokvalitetni čelici i specijalne legure. Peći se napajaju strujom industrijske frekvencije od 50 Hz preko silaznih transformatora, obično iz mreže 6-10 kV sa sekundarnim naponom od 45-60 V. Peći su u pravilu jednofazne, ali mogu i biti trofazni. Faktor snage 0,85-0,95. U pogledu pouzdanosti napajanja, peći za elektrotaljenje troske spadaju u 1. kategoriju prijemnika električne energije.

Prilikom napajanja radionica koje imaju vakuumske električne peći svih vrsta, potrebno je uzeti u obzir da prekid napajanja vakuum pumpi dovodi do nezgoda i kvarova skupih proizvoda. Ove peći treba klasificirati kao prijamnike električne energije kategorije 1.

Električne instalacije za zavarivanje

Kako se prijamnici dijele na instalacije na izmjeničnu i istosmjernu struju. Tehnološki se zavarivanje dijeli na elektrolučno i kontaktno zavarivanje, a prema načinu izvođenja radova na ručno i automatsko.

DC električni uređaji za zavarivanje sastoje se od AC motora i DC generatora za zavarivanje. S takvim sustavom, opterećenje zavarivanjem je ravnomjerno raspoređeno na tri faze u AC opskrbnoj mreži, ali njegov raspored ostaje promjenjiv. Faktor snage takvih instalacija pri nazivnim radnim uvjetima je 0,7-0,8; u praznom hodu, faktor snage pada na 0,4. Među DC zavarivačkim jedinicama postoje i ispravljačke jedinice.

Uređaji za električno zavarivanje izmjeničnom strujom rade na industrijskoj izmjeničnoj frekvenciji od 50 Hz i predstavljaju jednofazno opterećenje u obliku zavarivačkih transformatora za elektrolučno zavarivanje i strojeva za otporno zavarivanje. Zavarivanje izmjeničnom strujom stvara jednofazno opterećenje s prekidima, neravnomjernim opterećenjem faza i u pravilu niskim faktorom snage (0,3-0,35 za elektrolučno i 0,4-0,7 za otporno zavarivanje). Instalacije za zavarivanje napajaju se iz mreža s naponom od 380-220 V. Transformatori za zavarivanje na gradilištima i montažama karakteriziraju česta kretanja u opskrbnoj mreži. Ova se okolnost mora uzeti u obzir pri projektiranju opskrbne mreže. Sa stajališta pouzdanosti napajanja, instalacije za zavarivanje pripadaju 2. kategoriji prijamnika električne energije.

Zaključak

Napredak u automatizaciji omogućio je izradu projekta za kontinuirano metalurško postrojenje, gdje će različiti procesi biti povezani u jedinstveni tokovni sustav. Ispada da visoka peć ipak zauzima središnje mjesto u cijelom procesu. Može li se bez domene?

Problem proizvodnje u visokim pećima, ili, kako se naziva, izravne proizvodnje željeza, riješen je desetljećima. U tom smjeru postignut je značajan napredak. Postoji razlog za vjerovanje da će u 70-im godinama proraditi prilično velika postrojenja za izravnu redukciju željeza s dnevnom proizvodnjom od 500 tona, ali čak iu ovom slučaju proizvodnja visokih peći će zadržati svoju poziciju još desetljećima.

Proces bez domene može se zamisliti, na primjer, ovako. U rotacijskim cijevnim pećima željezna se rudača pretvara u željezo. Pomoću magneta zrnca željeza se odvajaju od ostatka mase – i čisti proizvod je spreman za daljnju obradu. Gotovi proizvodi mogu biti utisnuti od željeznog praha. Od njega se mogu izraditi čelici raznih kvaliteta uz dodavanje potrebnih aditiva (elemenata za legiranje).

Puštanjem u rad divovskih elektrana sovjetska će metalurgija dobiti mnogo jeftine električne energije. Time će se stvoriti povoljni uvjeti za razvoj elektrometalurške proizvodnje i još šire korištenje električne energije u svim kasnijim fazama prerade željeznih legura.

Uspjesi atomske fizike potaknuli su ideju o takozvanoj radijacijskoj metalurgiji. Akademik I.P. Bardin (1883-1960) izrazio je hrabru, gotovo fantastičnu ideju za budući razvoj metalurgije. "Mislim", rekao je, "da će ljudi u početku početi "konstruirati" legirane čelike potrebnog sastava koristeći radioaktivni utjecaj, bez uvođenja rijetkih i skupih aditiva za legiranje u njih, već ih stvarajući izravno u loncu rastaljenog čelika. Od atoma željeza, možda sumpora i fosfora, pod utjecajem struje zraka, u rastaljenom metalu dogodit će se ciljane nuklearne transformacije.”

Buduće generacije istraživača morat će raditi na rješavanju ovog i drugih fascinantnih problema. Crna metalurgija čeka nove pronalazače.

U ovom eseju, po našem mišljenju, postigli smo svoj cilj i ispitali prijenos električne energije na udaljenosti i njegovu upotrebu kao nužnu komponentu u procesu proizvodnje elektročelika. Također, čini nam se, izvršili smo sve postavljene zadatke, a to su: proučili dodatnu literaturu koja nam je pomogla u pisanju ovog rada; upoznali nove vrste generatora i transformatora; razmotriti put električne struje od primitka do isporuke potrošaču; i konačno, proučavali smo fizikalne i mehaničke procese koji se odvijaju u električnoj čeličanoj peći.

Bibliografija

1. Babich V.K., Lukashkin N.D., Morozov A.S. et al./Osnove metalurške proizvodnje (crna metalurgija). Udžbenik za srednje stručne škole - M.: Metalurgija, 1988. 272 ​​​​str.

Barg I. G., Valk H. Ya., Komarov D. T.; ur. Barga I.G./Poboljšanje održavanja energetskih mreža 0,4-20 kV na području Seldsk - M.: Energija, 1980. - 240 str., ilustr.

Bornatsky I. I., Blashchuk N. M., Yargin S. A., Strok V. I./Pomoćnik čeličana širokog profila: Udžbenik za srednje strukovne škole - M.: Metalurgija, 1986. 456 str.

Zubkov B.V., Chumakov S.V./Enciklopedijski rječnik mladih tehničara - M.: Pedagogika, 1980. - 512 str., ilustr.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B./Fizika: Udžbenik. za 10. razred prosj. škola - M.: Obrazovanje, 1990. - 223 str.: ilustr.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B./Fizika: Udžbenik. za 10. razred prosj. škola - 9. izd., revidirano. - M.: Obrazovanje, 1987. - 319 str., 4 str. ilustr.: ilustr.

Chigrai I. D. Pomagač čeličana pretvarača. M.: Metalurgija, 1977. 304 str.

Potreba za izgradnjom dalekovoda objašnjava se proizvodnjom električne energije uglavnom u velikim elektranama udaljenim od potrošača - relativno malim prijemnicima raspoređenim na velikim područjima.

Elektrane se lociraju uzimajući u obzir kombinirani utjecaj velikog broja čimbenika: dostupnost energetskih resursa, njihove vrste i rezerve; mogućnosti prijevoza; izgledi za potrošnju energije u određenom području, itd. Prijenos električne energije na daljinu pruža brojne prednosti, omogućujući:

Koristite daljinske izvore energije;

Smanjiti ukupnu pričuvnu snagu generatora;

Koristite vremensku razliku u različitim zemljopisnim širinama, u kojima se najveća opterećenja koja se nalaze u njima ne podudaraju;

Punije koristiti snagu hidroelektrana;

Povećati pouzdanost napajanja potrošača i sl.

Električni vodovi, namijenjeni distribuciji električne energije između pojedinih potrošača na određenom području i povezivanju elektroenergetskih sustava, mogu se izvoditi na velike i kratke udaljenosti i namijenjeni su prijenosu snaga različitih veličina. Za prolaze na velikim udaljenostima je od velike važnosti propusnost, odnosno najveća snaga koja se može prenijeti dalekovodima, uzimajući u obzir sve ograničavajuće čimbenike.

Za nadzemne vodove izmjenične struje može se približno pretpostaviti da je najveća snaga koju mogu prenijeti približno proporcionalna kvadratu napona i obrnuto proporcionalna duljini prijenosa. Trošak strukture također se može vrlo grubo uzeti kao proporcionalan veličini napona. Stoga se u razvoju prijenosa električne energije na velike udaljenosti teži povećanju napona kao glavnom sredstvu povećanja propusnosti. Od stvaranja prvih dalekovoda, napon se povećavao za 1,5-2 puta otprilike svakih 10-15 godina. Porast napona omogućio je povećanje duljine vodova i prijenosnih snaga. Tako se 20-ih godina 20. stoljeća električna energija prenosila na maksimalne udaljenosti od oko 100 km. Do 1930-ih te su se udaljenosti povećale na 400 km, a 1960-ih duljina dalekovoda dosegla je 1000-1200 km (na primjer, dalekovod Volgograd-Moskva).

Povećanje prijenosnog kapaciteta vodova postiže se uglavnom povećanjem napona, ali je također bitna promjena dizajna vodova i uvođenje raznih dodatnih kompenzacijskih uređaja, u kojima se smanjuje utjecaj parametara koji ograničavaju prenesenu snagu. Na primjer, na dalekovodima s naponom od 330 kV i više, žice u svakoj fazi su podijeljene u nekoliko međusobno spojenih vodiča, dok su parametri vodova značajno poboljšani (smanjena mu je reaktancija); koristi se takozvana serijska kompenzacija - uključivanje kondenzatora u liniju itd.

Mogućnost daljnjeg povećanja maksimalne snage zahtijeva povećanje napona i promjenu dizajna dalekovoda. Oni su povezani s općim tehničkim napretkom, posebice s napretkom u tehnologiji poluvodiča, sa stvaranjem naprednih materijala i s razvojem novih vrsta prijenosa energije.

Kod izgradnje vodova istosmjerne struje velike najveće snage potrebno je izvršiti izravnu pretvorbu izmjenične struje u istosmjernu na početku voda i obrnutu pretvorbu istosmjerne struje u izmjeničnu na kraju voda, što uzrokuje određene tehničke i ekonomske poteškoće.

Postoji temeljna mogućnost bežičnih energetskih vodova koji koriste elektromagnetske valove ili visokofrekventne oscilacije usmjerene duž valovoda. Međutim, praktična primjena ovih dalekovoda u industriji trenutno je neprihvatljiva zbog njihove niske učinkovitosti.

Za prijenos električne energije mogu se koristiti supravodljivi vodovi u kojima se napon može značajno smanjiti. Učinak blizak supravodljivosti postiže se dubokim hlađenjem vodiča. U ovom slučaju dalekovodi se nazivaju kriogeni. Ovo pitanje ima povijest. Davne 1911. godine nizozemski fizičar G. Kamerlingh-Onnes ustanovio je da kada se živa ohladi na temperaturu ispod 4 K, njen električni otpor potpuno nestaje. Ponovno se pojavljuje naglo kada temperatura poraste iznad kritične vrijednosti. Ova pojava je nazvana supravodljivost. Naravno, kad bi takve materijale dobili energetičari, njima bi zamijenili obične vodiče, dalekovodi bi isporučivali energiju u ogromnim količinama na iznimno velike udaljenosti bez gubitaka. Bilo bi moguće značajno povećati učinkovitost snažnih energetski intenzivnih uređaja (elektromagneti, transformatori, električni strojevi) i izbjeći mnoge poteškoće povezane s pregrijavanjem, taljenjem i uništavanjem dijelova.

Sve je to, međutim, ostalo samo na snovima, iako u samu pojavu nije bilo dvojbe. Otkriveni su mnogi supravodiči. U periodnom sustavu pokazalo se da ih ima 28 elemenata. Ali najviša kritična temperatura koja pripada niobiju nije prelazila 10 K. Mogućnosti supravodljivosti bile su stoga oštro ograničene visokim troškovima i složenošću instalacija koje održavaju ultraniske temperature. Legure molibdena s tehnecijem povisile su kritičnu temperaturu na 14 K. Nadalje, bilo je moguće dobiti spoj niobija, aluminija i germanija s kritičnom temperaturom od 21 K. Za nekoliko stotina danas poznatih supravodljivih tvari to je rekordna brojka.

Praktične studije su pokazale da se s povećanjem kritične temperature smanjuje broj supravodiča. Neki su stručnjaci čak vjerovali da bi bilo nemoguće pobjeći iz zatočeništva ultraniskih temperatura. Negdje oko 25 K nalazi se najviša moguća kritična temperatura.

Nakon eksperimentalnog otkrića supravodljivosti, teorijski fizičari dugo su pokušavali shvatiti bit neshvatljivog fenomena. A tek pola stoljeća kasnije, 1957. godine, pojavila se prva ozbiljnija teorija supravodljivosti. Drugi su slijedili. Nosili su mnogo neobičnih stvari. Tako, na primjer, prema stvorenoj teoriji, elektroni supravodiča, suprotno poznatom Coulombovom zakonu, koji propisuje da se sve jednakonabijene čestice međusobno odbijaju, naprotiv, privlače i spajaju u parove. Uočeno je da ne samo metali i legure, već i... organske tvari mogu biti supravodiči. Jedan od najznačajnijih zaključaka teorije bio je sljedeći. Metalni vodik zbog svojih iznimnih svojstava- svjetlosni protoni nalaze se u čvorovima kristalne rešetke; može imati supravodljivost na relativno visokim, za praktične svrhe, temperaturama reda 220K ili-53 0 C. I još nešto: moguće je da je proces prelaska tvari iz molekularne faze u atomsku fazu nepovratan. Kad se vanjski tlak ukloni, vodik možda još dugo neće izgubiti svoja svojstva supravodiča. /

Sada je postalo jasno: da bismo imali materijal koji u normalnim uvjetima pokazuje svojstva supravodljivosti, potrebno je svladati raspon tlaka reda veličine nekoliko stotina kilopaskala. Ove su veličine, prema našim ljudskim standardima, ogromne. Usporedivi su samo s pritiscima u središtu Zemlje (tamo oko 300 kPa). Pred istraživačima se otvorio put koji vodi do cilja, iako ni u laboratorijskom eksperimentu još nije bilo moguće dobiti ovakav tlak i, naravno, čvrsti vodik - supravodič na normalnoj temperaturi.

Alternativa prijenosu električne energije na daljinu izmjeničnom i istosmjernom strujom od termoelektrana do potrošača je transport goriva. Usporedna analiza mogućih opcija opskrbe potrošača energijom pokazuje da je visokokalorični ugljen (više od 4000 kcal/kg) obično preporučljivo transportirati željeznicom (ako postoji). U mnogim slučajevima, kada se prirodni plin i nafta koriste u elektranama, poželjno je prenositi ih cjevovodima (slika 1). Prilikom odabira načina prijenosa energije na daljinu, potrebno je uzeti u obzir veliki skup pitanja, kao što su ojačanje električnog sustava tijekom izgradnje prijenosa električne energije, napajanja, potrošača smještenih u blizini vodova, povećanja opterećenja na željeznice itd.

Analizirajući razvoj energetskih sustava u nizu zemalja, mogu se identificirati dva glavna trenda:

1) približavanje elektrana centrima potrošnje u slučajevima kada na području jedinstvenog energetskog sustava nema jeftinih izvora energije ili su izvori već iskorišteni;

2) izgradnja elektrana u blizini jeftinih izvora energije i prijenos električne energije do središta njezine potrošnje.

Dalekovodi, naftovodi i plinovodi čine Jedinstveni sustav opskrbe energijom zemlje. Sustavi opskrbe električnom energijom, naftom i plinom moraju biti projektirani, izgrađeni i upravljani u određenoj međusobnoj koordinaciji, tvoreći Jedinstveni energetski sustav.

Slika 1 - Karakteristike različitih metoda prijenosa energije na daljinu: Z- procijenjeni troškovi, l- udaljenost; 1 - dvokolosiječna željeznica, 2 - plinovodi, 3 - naftovodi, 4 - prijenos električne energije iz stanica koje rade na jeftini ugljen

Prijenos električne energije na daljinu korištenjem rezonantnog jednožilnog sustava karakteriziraju niski ekonomski troškovi u usporedbi s tradicionalnim tehnologijama. Istodobno, praktički nema gubitaka u žicama (stotinu puta manje nego kod tradicionalnog načina prijenosa električne energije). Troškovi polaganja kabela značajno su smanjeni - do 10 puta. Osigurana je visoka razina električne sigurnosti za okoliš i ljude.

Opis:

Jedan od najhitnijih problema suvremene energetike je prijenos električne energije na udaljenosti uz niske ekonomske troškove i osiguravanje očuvanja energije.

U praksi, za prijenos električne energije na velike udaljenosti, u pravilu se koriste trofazni sustavi, čija implementacija zahtijeva korištenje najmanje 4 žice, koji ima sljedeće značajne nedostatke:

– veliki gubici električne energije u žicama, tzv. Joule gubici,

– potreba za korištenjem međutransformatorskih podstanica za kompenzaciju gubitaka energije u žicama,

– nastanak nezgoda uslijed kratkog spoja žica, uključujući i zbog opasnih vremenskih pojava (jak vjetar, led na žicama i dr.),

– velika potrošnja obojeni metali,

– visoki ekonomski troškovi za polaganje trofaznih električnih mreža (nekoliko milijuna rubalja po 1 km).

Navedeni nedostaci mogu se otkloniti primjenom rezonantnog jednožilnog sustava za prijenos električne energije, temeljenog na idejama N. Tesle, modificiranog u skladu sa suvremenim razvojem znanosti i tehnologije. Trenutno je razvijena tehnologija rezonantnog jednožilnog sustava prijenosa električne energije.

Rezonantni jednožilni valovod sustav za prijenos električne energije na višoj frekvenciji od 1-100 kHz ne koristi struju aktivnog provođenja u zatvorenom krugu. U rezonantnom valovodnom jednovodičkom vodu nema zatvorene petlje, nema putujućih valova struje i napona, ali postoje stojni (stacionarni) valovi jalove kapacitivne struje i napona s faznim pomakom od 90°. Štoviše, zbog odsutnosti aktivne struje i prisutnosti strujnog čvora u linije više nema potrebe za stvaranjem visokotemperaturnog načina vodljivosti u takvoj liniji, a Jouleovi gubici postaju beznačajni zbog odsutnosti zatvorenih aktivnih vodljivih struja u liniji i beznačajnih vrijednosti otvorene kapacitivne struje u blizini stacionarnih čvorova strujni valovi u liniji.

Predložena tehnologija temelji se na korištenju dva rezonantna kruga s frekvencijom od 0,5-50 kHz i jednožilnog voda između krugova (vidi sliku 1) s linijskim naponom od 1-100 kV kada radi u režimu naponske rezonancije.

Linijska žica je vodeći kanal duž kojeg se kreće elektromagnetska energija. Energija elektromagnetskog polja raspoređena je okolo dirigent linije.

Riža. 1. Električna shema rezonantnog jednožilnog prijenosnog sustava

1 – generator visoke frekvencije; 2 – rezonantni krug pojačanog transformatora; 3 – jednožilni vod; 4 – rezonantni krug silaznog transformatora; 5 – ispravljač; 6 – pretvarač.

Kako pokazuju proračuni i provedeni pokusi, ovim načinom prijenosa električne energije praktički nema gubitaka u žicama (stotinu puta manji nego kod tradicionalnog načina prijenosa električne energije) te je ova tehnologija sigurna za okoliš i ljude.

Za koordinaciju konvencionalnog sustava napajanja s predloženim sustavom, odgovarajućim uređajima i pretvarači, koji se postavljaju na početku i kraju jednožilnog voda i omogućuju korištenje standardne AC ili DC električne opreme na ulazu i izlazu.

Trenutno je razvijena tehnologija za prijenos električne energije snage do 100 kW. Prijenos električne energije veće snage zahtijeva korištenje elektroničkih uređaja (tranzistori, tiristori, diode i dr.) povećane snage i pouzdanosti. Potrebna su dodatna istraživanja kako bi se riješio problem energetske opskrbe objekata koji troše električnu energiju snage preko 100 kW.

Prednosti:

– električna energija se prenosi reaktivnom kapacitivnom strujom u rezonantnom modu,

– otežano je neovlašteno korištenje energije,

– smanjenje troškova izgradnje dalekovoda,

– mogućnost zamjene nadzemnih vodova jednožilnim kabelskim vodovima,

– značajne uštede u obojenim metalima, jer poprečni presjek kabela je 3-5 puta manji od poprečnog presjeka tradicionalnog trofaznog sustava prijenosa električne energije, sadržaj aluminija i bakra u žicama može se smanjiti za 10 puta,

– značajno smanjenje radijusa okretanja vodova, što je vrlo važno kod polaganja kabela u urbanim sredinama,

– značajno (do 10 puta) smanjenje troškova za polaganje kabela,

– nema kratkog spoja između faza,

– osigurava visoku razinu električne sigurnosti za okoliš i ljude,

– gubici električne energije u jednožilnoj liniji su mali,

– električna energija se može prenositi na velike i ultra velike udaljenosti,

– kratki spojevi nisu mogući u jednožilnom kabelu i jednožilni kabel ne može izazvati požar,

– nema potrebe za održavanjem,

– prisutnost smanjenog magnetskog polja,

– nema utjecaja vremenskih uvjeta,

– prirodni krajolik nije narušen,

– nepostojanje prednosti prolaska,

– Gubitaka u žicama praktički nema (stotinu puta manje nego kod tradicionalnog načina prijenosa električne energije).

Kako se električna energija prenosi na velike udaljenosti?
pri prijenosu električne energije na velike udaljenosti koriste
bežični prijenos električne energije na daljinu
prijenos električne energije na velike udaljenosti bez žica video
prijenos električne energije na daljinu history presentation abstract message
gubici električne energije tijekom prijenosa na velike udaljenosti
prikaz prijenosa električne energije na daljinu transformatora
dijagram problema principi prijenosa električne energije na velike udaljenosti
proizvodnju i prijenos električne energije na daljinu
esej na temu prijenosa električne energije na daljinu
dijagram metoda za prijenos električne energije na daljinu
transformatori koji prenose električnu energiju na daljinu
prijenos električne energije na daljinu korištenjem rezonantnog jednožilnog sustava bez žica gubici proizvodnje i distribucije transformatora Tyumenenergosbyt usluge tarife TNS Energy Vologdaenergosbyt potrošačima putem osobnog računa osobni račun djelovati mreža Krasnoyarskenergosbyt putem internetskih linija Krasnoyarskenergosbyt energysbyt shema telefonska fizika pružanje usluga organizacija termin

Faktor potražnje 458

Ankete

Treba li našoj zemlji industrijalizacija?

• Da, treba nam (90%, 2.486 glasova)
• Ne, nije potrebno (6%, 178 glasova)
• Ne znam (4%, 77 glasova)

Tražite tehnologije

Pronađene tehnologije 1

Moglo bi biti zanimljivo: