Pagaminta elektros energija negali būti saugoma, ji turi būti nedelsiant perduodama vartotojams. Kai buvo išrastas optimalus transportavimo būdas, prasidėjo sparti elektros energijos pramonės plėtra.

Istorija

Pirmieji generatoriai buvo pastatyti šalia energijos vartotojų. Jie buvo mažos galios ir buvo skirti tik tiekti elektrą vienam pastatui ar miesto kvartalui. Bet tada jie padarė išvadą, kad daug pelningiau statyti dideles stotis vietovėse, kuriose sutelkti ištekliai. Tai galingos hidroelektrinės prie upių, didelės šiluminės elektrinės šalia anglies kasyklų. Tam reikia perduoti elektros energiją per atstumą.

Pirmieji bandymai tiesti perdavimo linijas susidūrė su tuo, kad ilgu kabeliu jungiant generatorių prie maitinimo imtuvų, dėl didžiulių šildymo nuostolių elektros perdavimo linijos gale labai sumažėjo galia. Reikėjo naudoti didesnio skerspjūvio ploto kabelius, todėl jie gerokai pabrango, arba didinti įtampą, kad būtų sumažinta srovė.

Po eksperimentų su tiesioginės ir vienfazės kintamosios srovės perdavimu naudojant aukštos įtampos linijas, nuostoliai išliko per dideli - 75%. Ir tik tada, kai Dolivo-Dobrovolsky sukūrė trifazę srovės sistemą, elektros energijos perdavimo srityje įvyko proveržis: jie sumažino nuostolius iki 20%.

Svarbu!Šiais laikais didžioji dauguma elektros linijų naudoja trifazę kintamąją srovę, nors kuriamos ir nuolatinės srovės elektros linijos.

Elektros perdavimo schema

Nuo energijos gamybos iki jos gavimo vartotojams yra keletas grandžių:

• generatorius elektrinėje, gaminančioje 6,3-24 kV įtampos elektros energiją (yra atskiri didesnės vardinės įtampos blokai);
• stiprinančios pastotės (PS);
• itin tolimosios ir magistralinės 220-1150 kV įtampos elektros perdavimo linijos;
• didelių sandūrų pastotės, mažinančios įtampą iki 110 kV;
• 35-110 kV elektros linijos, skirtos elektros energijai perduoti tiekimo centrams;
• papildomos pakopinės pastotės - maitinimo centrai, kur jie gauna 6-10 kV įtampą;
• skirstomosios elektros linijos 6-10 kV;
• transformatoriniai taškai (TP), centriniai skirstymo taškai, esantys šalia vartotojų, sumažinti įtampą iki 0,4 kV;
• žemos įtampos linijos namams ir kitiems objektams tiekti.

Paskirstymo schemos

Elektros linijos yra oro linijos, kabelinės ir kabelinės oro linijos. Siekiant padidinti patikimumą, elektros energija daugeliu atvejų perduodama keliais būdais. Tai yra, dvi ar daugiau linijų yra prijungtos prie pastočių magistralių.

Yra dvi 6-10 kV galios paskirstymo schemos:

1. Magistralinė, kai 6-10 kV linija yra įprasta maitinti kelias transformatorines pastotes, kurios gali būti išdėstytos per visą ilgį. Jei pagrindinė elektros linija gauna maitinimą iš dviejų skirtingų tiektuvų abiejose pusėse, ši grandinė vadinama žiedine grandine. Be to, normaliai veikiant, jis maitinamas iš vieno tiektuvo, o nuo kito atjungiamas perjungimo įtaisais (jungikliais, skyrikliais);

1. Radialinis. Šioje schemoje visa galia yra sutelkta elektros linijos gale, kuri skirta tiekti energiją vienam vartotojui.

Linijose, kurių įtampa yra 35 kV ir didesnė, naudojamos šios schemos:

1. Radialinis. Maitinimas į pastotę tiekiamas per vienos grandinės arba dviejų grandinių maitinimo liniją iš vieno mazgo pastotės. Ekonomiškiausia schema yra su viena linija, tačiau ji yra labai nepatikima. Dviejų grandinių elektros linijų dėka sukuriama atsarginė galia;
2. Žiedas. Pastotės magistrales maitina mažiausiai dvi elektros linijos iš nepriklausomų šaltinių. Tokiu atveju maitinimo linijose gali būti šakų (čiaupo linijų), kurios eina į kitas pastotes. Bendras atjungimo pastočių skaičius turi būti ne daugiau kaip trys vienai elektros linijai.

Svarbu!Žiedinį tinklą tiekia mažiausiai dvi mazgų pastotės, kurios, kaip taisyklė, yra dideliu atstumu viena nuo kitos.

Transformatorių pastotės

Transformatorių pastotės kartu su elektros linijomis yra pagrindinė energetikos sistemos sudedamoji dalis. Jie skirstomi į:

1. Pakėlimas. Jie yra šalia elektrinių. Pagrindinė įranga yra galios transformatoriai, didinantys įtampą;
2. Sumažėja. Jie yra kitose elektros tinklo dalyse, kurios yra arčiau vartotojų. Sudėtyje yra žeminamieji transformatoriai.

Yra ir keitiklių pastočių, bet jos nėra transformatorinės. Jie naudojami kintamajai srovei paversti nuolatine srove, taip pat gauti kitokio dažnio srovę.

Pagrindinė transformatorių pastočių įranga:

1. Aukštos ir žemos įtampos skirstomieji įrenginiai. Jis gali būti atviro tipo (ORU), uždaro tipo (CLD) ir pilnas (KRU);
2. Galios transformatoriai;
3. Valdymo pultas, relinė, kurioje sutelkta perjungimo įrenginių, signalizacijų, matavimo priemonių, elektros skaitiklių apsaugos ir automatinio valdymo įranga. Paskutinės dvi įrangos rūšys, taip pat kai kurios apsaugos rūšys taip pat gali būti skirstomuosiuose įrenginiuose;

1. Pastotės pagalbinė įranga, į kurią įeina pagalbiniai transformatoriai (TSN), mažinantys įtampą nuo 6-10 iki 0,4 kV, 0,4 kV MV šynos su perjungimo įrenginiais, akumuliatorius, įkrovimo įrenginiai. Apsauga, pastočių apšvietimas, šildymas, transformatorių pūtimo varikliai (aušinimas) ir kt. Traukos geležinkelio pastotėse pagalbiniai transformatoriai gali turėti 27,5 arba 35 kV pirminę įtampą.
2. Skirstomuosiuose įrenginiuose yra transformatorių, maitinimo ir išėjimo linijų bei 6-10 kV tiektuvų perjungimo įtaisai: skyrikliai, jungikliai (vakuuminis, SF6, alyva, oras). Apsaugos ir matavimo grandinėms maitinti naudojami įtampos transformatoriai (VT) ir srovės transformatoriai (CT);
3. Įranga apsaugai nuo viršįtampių: iškrovikliai, viršįtampių ribotuvai (viršįtampių ribotuvai);
4. Srovę ribojantys ir lanką gesinantys reaktoriai, kondensatorių baterijos ir sinchroniniai kompensatoriai.

Paskutinė žeminamųjų pastočių grandis yra transformatorių taškai (TP, KTP-complete, MTP-stiebas). Tai nedideli įrenginiai, kuriuose yra 1, 2, rečiau 3 transformatoriai, kartais sumažinantys įtampą nuo 35, dažniau nuo 6-10 kV iki 0,4 kV. Žemos įtampos pusėje sumontuoti grandinės pertraukikliai. Iš jų tęsiasi linijos, kurios tiesiogiai paskirsto elektros energiją tikriems vartotojams.

Elektros linijų talpa

Perduodant elektros energiją, pagrindinis rodiklis yra elektros linijų pralaidumas. Jis apibūdinamas aktyviosios galios, perduodamos palei liniją normaliomis veikimo sąlygomis, verte. Pralaidumas priklauso nuo elektros linijos įtampos, jos ilgio, skerspjūvio matmenų ir linijos tipo (CL arba OHL). Šiuo atveju natūrali galia, nepriklausoma nuo elektros linijos ilgio, yra aktyvioji galia, kuri perduodama išilgai linijos, visiškai kompensuojant reaktyvųjį komponentą. Praktiškai tokių sąlygų neįmanoma pasiekti.

Svarbu! Maksimali perduodama galia elektros linijoms, kurių įtampa yra 110 kV ir mažesnė, ribojama tik laidų šildymu. Aukštesnės įtampos linijose taip pat atsižvelgiama į elektros energijos sistemos statinį stabilumą.

Kai kurios oro linijos galios vertės, kai efektyvumas = 0,9:

• 110 kV: natūrali galia – 30 mW, maksimali – 50 mW;
• 220 kV: natūrali galia – 120-135 mW, maksimali – 350 mW stabilumui ir 280 mW šildymui;
• 500 kV: natūrali galia – 900 mW, maksimali – 1350 mW stabilumui ir 1740 mW šildymui.

Elektros nuostoliai

Ne visa elektrinėje pagaminta elektros energija pasiekia vartotoją. Elektros nuostoliai gali būti:

1. Techninė. Atsiranda laidų, transformatorių ir kitos įrangos nuostoliai dėl šildymo ir kitų fizinių procesų;
2. Energetikos įmonių apskaitos sistemos netobulumas;
3. Komercinis. Atsiranda dėl galios nuėmimo, be matavimo prietaisų, skirtumo tarp faktiškai suvartotos ir skaitiklio užfiksuotos galios ir kt.

Elektros perdavimo technologijos nestovi vietoje. Plėtojamas superlaidžių kabelių naudojimas, leidžiantis sumažinti nuostolius beveik iki nulio. Belaidis energijos perdavimas nebėra mobiliųjų įrenginių įkrovimo fantazija. O Pietų Korėjoje jie dirba kurdami belaidžio energijos perdavimo sistemą elektrifikuotam transportui.

Vaizdo įrašas

Bendrojo ir profesinio švietimo ministerija

Valstybinė Sverdlovsko srities mokslo ir gamybos asociacijos švietimo įstaiga

Nižnij Tagilo profesionalus licėjus „Metallurg“

SANTRAUKA

Elektros energijos perdavimas atstumu

Atlikėjas: Bakhter Nikolay ir Borisov Jaroslavas

Vadovas: fizikos mokytoja Liudmila Vladimirovna Reddikh

Nižnij Tagilas 2008 m

Įvadas

1 skyrius. Elektros srovė

2 skyrius. Elektros energijos gamyba

1 kintamosios srovės generatorius

2 MHD generatorius

3 Plazmos generatorius – plazmatronas

3 skyrius. Elektros perdavimas

1 elektros linijos

2 Transformatorius

4 skyrius. Energija plieno gamintojui

1 Plieno gamyba elektrinėse krosnyse

2 Tipiniai elektros energijos imtuvai

Išvada

Bibliografija

Įvadas

Sverdlovsko srities elektros tinklų kompleksas, įskaitant Nižnij Tagilo energetikos centrą, yra ant didelių transformacijų slenksčio. Siekdama išvengti energetinės krizės Vidurio Urale, Sverdlovsko srities vyriausybė parengė ir patvirtino pagrindines elektros energetikos pramonės plėtros kryptis ateinantiems dešimčiai metų. Kalbame pirmiausia apie naujos kartos, tai yra elektrinių, gaminančių elektrą, statybą ir tolesnę elektros tinklų komplekso plėtrą – pastočių, transformatorių punktų ir įvairios įtampos elektros linijų statybą ir rekonstrukciją. Pernai parengėme ir patvirtinome ilgalaikę investicijų programą iki 2012 m., kurioje nurodėme konkrečius rekonstruojamus ir statytinus elektros energetikos objektus.

Iki 2001 metų Tagilo regione netrūko energetinių pajėgumų. Bet tada, po daugelio metų krizės, mūsų pramonės įmonės pakilo į kalną, kaip sakoma, vidutinis ir smulkus verslas pradėjo aktyviai vystytis, o elektros suvartojimas smarkiai išaugo. Šiandien Nižnij Tagilo energijos pajėgumų deficitas viršija 51 megavatą. Tai... beveik du Pamušalai. Tačiau palyginimas su Lining yra sąlyginis. Tiesą sakant, energijos pajėgumų trūkumo problema šiuo metu aktualiausia Nižnij Tagilo centrinei daliai. Prieš keturiasdešimt metų pastatyta Krasnyj Kamen pastotė, nuo kurios faktiškai priklauso miesto centro energijos tiekimas, jau seniai morališkai ir fiziškai paseno ir veikia ties savo galimybių riba. Deja, naujiems vartotojams turi būti uždrausta prisijungti prie tinklo.

Nižnij Tagilui reikia naujos pastotės – 110/35/6 kV įtampos pastotės Prirechnaya. Preliminariais skaičiavimais, kapitalo investicijų į Prirechnaya statybą suma bus apie 300 milijonų rublių. „Sverdlovenergo“ investicijų programa Nižnij Tagiliui taip pat apima Sojuznaja pastotės rekonstrukciją, Altaiskaya pastotės Vagonkoje ir Demidovskio perjungimo punkto Galjankų rajone statybą, kuri radikaliai pagerins viso miesto energijos tiekimo sistemą. Pagrindinis šių metų įvykis – pastotė „Staratel“, į kurios rekonstrukciją „Sverdlovenergo“ investavo 60 mln. Kitas, taip pat reikšmingas, 2007 m. įvykis buvo naujos, antrosios transformatoriaus paleidimas Galjankos pastotėje.

Pradėta tiesti 110 kV įtampos ir beveik 18 kilometrų bendro ilgio elektros perdavimo linija Černoistochinskas – Belogorye. Šis objektas taip pat įtrauktas į „Sverdlovenergo“ investicijų programą. Pradėjus eksploatuoti naują aukštos įtampos elektros perdavimo liniją, elektros energijos tiekimas taps patikimesnis ne tik Belajos kalnų slidinėjimo kompleksui, bet ir visai gretimai teritorijai – Uraleto, Visimo, Visimo-Utkinsko kaimams ir kitos gyvenvietės. Pasakysiu dar daugiau: Belogorye projekte taip pat numatyta statyti naują Belogorye pastotę Uralets kaime ir rekonstruoti visą Uralets tinklų kompleksą, kuris yra ne mažiau kaip 20 kilometrų tinklų su 0,4-6 kV įtampa. .

Savo rašinio tikslais nusprendėme iškelti klausimą apie elektros perdavimą ne tik per atstumą, bet ir kaip būtiną komponentą plieno gamyboje, nes mūsų profesija yra neatsiejamai susijusi su šiuo elektrinio plieno gamybos procesu.

Siekdami šio tikslo nusprendėme išsikelti keletą svarbių uždavinių: 1) išstudijuoti papildomą literatūrą, susijusią su elektros perdavimu ir elektrometalurgija; 2) susipažinti su naujais generatorių ir transformatorių tipais; 3) atsižvelgti į elektros srovę nuo jos gavimo iki pristatymo vartotojui; 4) nagrinėti fizinius ir mechaninius plieno gamybos elektrinėse krosnyse procesus.

Iš pradžių žmonės nemokėjo naudoti plieno, o įvairiems įrankiams gaminti naudojo vietinės kilmės medžiagas (varį, auksą ir meteoritinę geležį). Tačiau šių metodų žmogaus poreikiams nepakako. Žmonės dažnai ieškojo galimybės gauti metalo iš rūdos, esančios žemės paviršiuje.

Taigi, antrojo ir pirmojo tūkstantmečių prieš Kristų sandūroje, atsirado pirmasis metalurgijos etapas. Žmonija perėjo prie tiesioginio geležies gavimo iš rūdos, sumažindama ją primityviose kalvėse. Kadangi šiame procese buvo naudojamas „neapdorotas“ pūtimas (ne pašildytas oras), metodas buvo vadinamas neapdorotu pūtimu.

Antrasis plieno gamybos etapas (XIV-XVIII a.) pasižymėjo kalvių tobulėjimu ir sūrio pūtimo krosnių tūrio didėjimu. Vandens rato atsiradimas ir jo panaudojimas kalimo dumplių varymui leido sustiprinti sprogimą, padidinti temperatūrą krosnies židinyje ir pagreitinti cheminių reakcijų atsiradimą.

Trečiasis etapas buvo pažangesnio ir produktyvesnio metodo, leidžiančio gaminti mažai anglies turinčios geležies, panašios į tešlą, sukūrimas – vadinamasis pudavimo procesas – ketaus pavertimo geležimi procesas ugnies atgarsio (pudlingo) dugne. ) krosnis.

Ketvirtajam etapui (XIX a. pab. ir XX a. vidurys) būdingi keturi plieno gamybos būdai – Bessemer, Thomas, židinys, konverteris ir elektrinė plieno gamyba, apie kuriuos, beje, norėtume pakalbėti. apie mūsų abstrakčiai, kaip plieno gamintojo padėjėjo elektros naudojimo pavyzdį.

1 skyrius. Elektros srovė

Sujungkime lemputę su elektros baterija su laidais. Elektros lemputės laidai ir kaitinimo siūlelis sudarė uždarą kilpą – elektros grandinę. Šioje grandinėje teka elektros srovė, kuri kaitina lempos siūlą, kol jis užsidega. Kas yra elektros srovė? Tai yra nukreiptas įkrautų dalelių judėjimas.

Akumuliatoriuje vyksta cheminės reakcijos, dėl kurių elektronai - mažiausią krūvį turinčios medžiagos dalelės - kaupiasi „-“ (minuso) ženklu pažymėtame gnybte. Metalas, iš kurio pagaminti elektros lemputės laidai ir siūlas, susideda iš atomų, kurie sudaro kristalinę gardelę. Elektronai gali laisvai praeiti per šią gardelę. Elektronų srautas per laidininkus (vadinamąsias medžiagas, kurios perduoda elektros srovę) iš vieno akumuliatoriaus gnybto į kitą yra elektros srovė. Kuo daugiau elektronų praeina per laidininką, tuo didesnė elektros srovės stipris. Srovė matuojama amperais (A). Jeigu laidininku teka 1 A srovė, tai laidininko skerspjūviu kas sekundę praskrenda 6,24 * 1018 elektronų. Šis elektronų skaičius turi 1 C (kulono) krūvį.

Elektros srovę grandinėje, kurią sudaro laidai, lempos siūlelis ir baterija, galima palyginti su skysčio srautu, judančiu vandens vamzdžiais. Jungiamieji laidai yra didelio skerspjūvio vamzdžio sekcijos, lemputės kaitinimo siūlelis yra plonas vamzdelis, o akumuliatorius yra siurblys, sukuriantis slėgį. Kuo didesnis slėgis, tuo didesnis skysčio srautas. Akumuliatorius elektros grandinėje sukuria įtampą (slėgį). Kuo didesnė įtampa, tuo didesnė srovė grandinėje. Įtampa matuojama voltais (V). norint praleisti srovę pro žibintuvėlio lemputę, kuri švytėtų, reikalinga 3-4 V įtampa Butams tiekiama 127 arba 220 V įtampa ir elektros linijas (elektros linijas). srovė perduodama šimtų kilovoltų (kV) įtampa. Elektros energija, išsiskirianti per 1 s (galia), lygi srovės ir įtampos sandaugai. Galia, esant 1 A srovei ir 1 V įtampai, yra lygi 1 vatui (W).

Ne visos medžiagos laisvai praleidžia elektros srovę, pavyzdžiui, stiklas, porcelianas, guma beveik nepraleidžia elektros srovės. Tokios medžiagos vadinamos izoliatoriais arba dielektrikais. Aukštos įtampos elektros linijų laidininkai izoliuojami iš stiklo ir porceliano. Tačiau net metalai atsparūs elektros srovei. Judėdami elektronai „atstumia“ metalą sudarančius atomus, todėl jie juda greičiau – įkaitina laidininką. Laidininkų kaitinimą elektros srove pirmieji ištyrė rusų mokslininkas E. H. Lencas ir anglų fizikas D. Džoulas. Technologijoje plačiai naudojama elektros srovės savybė šilumos laidininkams. Elektros srovė šildo elektros lempų ir elektrinių šildymo prietaisų siūlus, o elektrinėse krosnyse lydo plieną.

1820 metais danų fizikas G.-H. Oerstedas atrado, kad šalia laidininko, kuriuo teka srovė, magnetinė adata nukrypsta. Taigi buvo atrasta nepaprasta elektros srovės savybė sukurti magnetinį lauką. Šį reiškinį išsamiai ištyrė prancūzų mokslininkas A. Ampere'as. Jis nustatė, kad du lygiagrečiai laidai, kuriais srovė teka ta pačia kryptimi, traukia vienas kitą, o jei srovių kryptys yra priešingos, laidai atstumia. Amperas paaiškino šį reiškinį magnetinių laukų, kuriuos sukuria srovės, sąveika. Laidų sąveikos su srovės ir magnetiniais laukais efektas naudojamas elektros varikliuose, elektros relėse ir daugelyje elektros matavimo prietaisų.

Dar vieną elektros srovės savybę galima aptikti leidžiant srovę per elektrolitą – druskos, rūgšties ar šarmo tirpalą. Elektrolituose medžiagos molekulės suskaidomos į jonus – molekulių daleles, turinčias teigiamą arba neigiamą krūvį. Srovė elektrolite yra jonų judėjimas. Norėdami praleisti srovę per elektrolitą, į jį nuleidžiamos dvi metalinės plokštės, prijungtos prie srovės šaltinio. Teigiami jonai juda link elektrodo, prijungto prie neigiamo gnybto. Prie elektrodų susidaro jonai. Šis procesas vadinamas elektrolize. Elektrolizės pagalba galima išskirti grynus metalus nuo druskų, įvairių objektų chromo ir nikeliavimo, atlikti sudėtingiausią gaminių apdirbimą, kurio neįmanoma atlikti paprastomis metalo pjovimo staklėmis, ir atskirti vandenį į sudedamąsias dalis - vandenilis ir deguonis.

Elektrolizės voniose, lemputėje, prijungtoje prie žibintuvėlio baterijos, srovė visą laiką teka viena kryptimi ir srovės stiprumas nekinta. Ši srovė vadinama nuolatine. Tačiau technikoje dažniau naudojama kintamoji srovė, kurios kryptis ir stiprumas periodiškai keičiasi. Viso srovės krypties keitimo ciklo laikas vadinamas periodu, o periodų skaičius per 1 s yra kintamosios srovės dažnis. Pramoninė srovė, kuri varo mašinas, apšviečia gatves ir butus, kinta 50 periodų per 1 s dažniu. Kintamoji srovė gali būti lengvai transformuojama – jos įtampą galima padidinti ir sumažinti naudojant transformatorius.

Išradus telegrafą ir telefoną informacijai perduoti buvo panaudota elektros srovė. Iš pradžių laidais buvo perduodami ilgi ir trumpi nuolatinės srovės impulsai, atitinkantys Morzės abėcėlės taškelius ir brūkšnius. Tokie srovės impulsai arba pulsuojanti srovė, bet su sudėtingesne informacijos kodavimo sistema yra naudojami šiuolaikiniuose elektroniniuose kompiuteriuose (kompiuteriuose) skaičiams, komandoms ir žodžiams perduoti iš vieno mašinos įrenginio į kitą.

Kintamoji srovė taip pat gali būti naudojama informacijai perduoti. Informacija gali būti perduodama kintamąja srove tam tikru būdu keičiant srovės svyravimų amplitudę. Toks informacijos kodavimas vadinamas amplitudės moduliacija (AM). Taip pat galima keisti kintamosios srovės virpesių dažnį taip, kad tam tikra informacija atitiktų tam tikrą dažnio pokytį. Šis kodavimas vadinamas dažnio moduliacija (FM). Radijo imtuvai turi AM ir FM kanalus, kurie „iššifruoja“ – paverčia garsu – antenos priimamų radijo bangų amplitudės arba dažnio moduliuotus virpesius.

Šiais laikais elektros srovė pritaikoma visose žmogaus veiklos srityse. Staklių ir mašinų pavara, automatinės stebėjimo ir valdymo sistemos, daugybė prietaisų tyrimų laboratorijose ir buitinė technika neįsivaizduojami be elektros srovės naudojimo. Šiuolaikiniai telefonai ir telegrafas, radijas ir televizija, elektroniniai kompiuteriai nuo kišeninių skaičiuoklių iki erdvėlaivių skrydžius valdančių mašinų – visa tai įrenginiai, pagrįsti sudėtingiausiomis elektros srovės grandinėmis.

2 skyrius. Elektros energijos gamyba

.1 kintamosios srovės generatorius

Elektros energija turi neabejotinų pranašumų prieš visas kitas energijos rūšis. Jis gali būti perduodamas laidu dideliais atstumais su santykinai mažais nuostoliais ir patogiai paskirstytas tarp vartotojų. Svarbiausia, kad ši energija gana paprastų prietaisų pagalba gali būti lengvai paverčiama bet kokiomis kitomis formomis: mechanine, vidine (kūnų šildymas), šviesos energija ir kt.

Kintamoji srovė turi pranašumą prieš nuolatinę srovę, nes įtampa ir srovė gali būti konvertuojamos (transformuojamos) labai plačiame diapazone, beveik neprarandant energijos. Tokios transformacijos būtinos daugelyje elektros ir radijo inžinerijos įrenginių. Tačiau ypač didelis įtampos ir srovės transformavimo poreikis atsiranda perduodant elektros energiją dideliais atstumais.

Elektros srovė generuojama generatoriuose – įrenginiuose, kurie vienokią ar kitokią energiją paverčia elektros energija. Generatoriai apima galvaninius elementus, elektrostatines mašinas, termopolius, saulės baterijas ir kt. Nagrinėjamos galimybės sukurti iš esmės naujų tipų generatorius. Pavyzdžiui, kuriamos vadinamosios kuro energijos, kuriose vandenilio ir deguonies reakcijos metu išsiskirianti energija tiesiogiai paverčiama elektra. Sėkmingas darbas vyksta kuriant magnetohidrodinaminius generatorius (MHD generatorius). MHD generatoriuose magnetiniame lauke judančios karštų jonizuotų dujų (plazmos) srovės mechaninė energija tiesiogiai paverčiama elektros energija.

Kiekvieno iš išvardintų elektros generatorių tipų taikymo sritį lemia jų charakteristikos. Taigi elektrostatinės mašinos sukuria didelį potencialų skirtumą, bet negali sukurti jokios reikšmingos srovės grandinėje. Galvaniniai elementai gali gaminti didelę srovę, tačiau jų veikimo trukmė nėra ilga.

Mūsų laikais vyraujantį vaidmenį atlieka elektromechaninės indukcinės kintamosios srovės generatoriai. Šiuose generatoriuose mechaninė energija paverčiama elektros energija. Jų veikimas pagrįstas elektromagnetinės indukcijos reiškiniu. Tokie generatoriai yra gana paprastos konstrukcijos ir leidžia gauti dideles sroves esant pakankamai aukštai įtampai.

Ateityje kalbėdami apie generatorius turėsime galvoje indukcinius elektromechaninius generatorius.

Šiandien yra daugybė skirtingų tipų indukcinių generatorių. Bet jie visi susideda iš tų pačių pagrindinių dalių. Tai, pirma, elektromagnetas arba nuolatinis magnetas, sukuriantis magnetinį lauką, ir, antra, apvija, kurioje indukuojamas kintamasis EML (nagrinėjamame generatoriaus modelyje tai yra besisukantis rėmas). Kadangi nuosekliai sujungtuose posūkiuose sukeltas EML sumuojasi, kadre sukelto EML amplitudė yra proporcinga apsisukimų skaičiui jame. Jis taip pat proporcingas kintamo magnetinio srauto Фm = BS per kiekvieną posūkį amplitudei.

Norėdami gauti didelį magnetinį srautą, generatoriai naudoja specialią magnetinę sistemą, kurią sudaro dvi šerdys, pagamintos iš elektrinio plieno. Apvijos, sukuriančios magnetinį lauką, dedamos į vienos iš šerdies plyšius, o apvijos, kuriose sukeliamas EML, yra kitos. Viena iš šerdžių (dažniausiai vidinė) kartu su apvija sukasi aplink horizontalią arba vertikalią ašį. Štai kodėl jis vadinamas rotoriumi (arba armatūra). Stacionari šerdis su apvija vadinama statoriumi (arba induktoriumi). Tarpas tarp statoriaus ir rotoriaus šerdžių daromas kuo mažesnis. Tai užtikrina didžiausią magnetinės indukcijos srauto vertę.

19 paveiksle parodytame generatoriaus modelyje sukasi vielinis rėmas, kuris yra rotorius (nors ir be geležinės šerdies). Magnetinį lauką sukuria stacionarus nuolatinis magnetas. Žinoma, galima būtų elgtis priešingai – pasukti magnetą ir palikti rėmą nejudantį.

Dideliuose pramoniniuose generatoriuose sukasi elektromagnetas, kuris yra rotorius, o apvijos, kuriose sukeliamas EML, dedamos į statoriaus lizdus ir lieka nejudančios. Faktas yra tas, kad srovė turi būti tiekiama į rotorių arba pašalinama iš rotoriaus apvijos į išorinę grandinę, naudojant slankiuosius kontaktus. Norėdami tai padaryti, rotorius turi slydimo žiedus, pritvirtintus prie jo apvijos galų. Fiksuotos plokštės – šepečiai – prispaudžiamos prie žiedų ir sujungia rotoriaus apviją su išorine grandine. Srovės stipris magnetinį lauką sukuriančio elektromagneto apvijose yra žymiai mažesnis už srovę, kurią generatorius tiekia į išorinę grandinę. Todėl patogiau pašalinti susidariusią srovę iš stacionarių apvijų, o per slankiuosius kontaktus tiekti gana silpną srovę į besisukantį elektromagnetą. Šią srovę generuoja atskiras nuolatinės srovės generatorius (žadintuvas), esantis ant to paties veleno.

Mažos galios generatoriuose magnetinį lauką sukuria besisukantis nuolatinis magnetas. Šiuo atveju žiedai ir šepečiai visai nereikalingi.

EML atsiradimas stacionariose statoriaus apvijose paaiškinamas tuo, kad jose atsiranda sūkurinis elektrinis laukas, atsirandantis pasikeitus magnetiniam srautui rotoriui sukant.

Jei plokščias rėmas sukasi vienodame magnetiniame lauke, tada generuojamos emf periodas yra lygus rėmo sukimosi periodui. Tai ne visada patogu. Pavyzdžiui, norint gauti kintamąją srovę, kurios dažnis yra 50 Hz, rėmas turi padaryti 50 aps./s vienodame magnetiniame lauke, t.y. 3000 aps./min Toks pats sukimosi greitis bus reikalingas dviejų polių nuolatinio magneto arba dviejų polių elektromagneto sukimosi atveju. Iš tiesų, magnetinio srauto, prasiskverbiančio į statoriaus apvijos posūkius, kitimo laikotarpis turėtų būti lygus 1/50 s. Norėdami tai padaryti, kiekvienas rotoriaus polius turi praeiti 50 kartų per sekundę. Sukimosi greitį galima sumažinti, jei kaip rotorių naudosite elektromagnetą, turintį 2, 3, 4... polių poras. Tada generuojamos srovės periodas atitiks laiką, reikalingą rotoriui pasukti atitinkamai 1/2, 1/3, 1/4 ... apskritimo dalimis. Vadinasi, rotorius gali suktis 2, 3, 4... kartus lėčiau. Tai svarbu, kai generatorius varomas mažo greičio varikliais, pavyzdžiui, hidraulinėmis turbinomis. Taigi Volgos Uglicho hidroelektrinės generatorių rotoriai sukuria 62,5 aps./min. ir turi 48 poras polių.

2,2 MHD generatorius

Šiuolaikinės energetikos pagrindas yra šiluminės elektrinės (CHP). Šiluminių elektrinių darbas pagrįstas organinio kuro deginimo metu išsiskiriančios šiluminės energijos pavertimu pirmiausia mechanine garo ar dujų turbinos veleno sukimosi energija, o vėliau elektros generatoriaus pagalba į elektros energiją. . Dėl šios dvigubos konversijos išeikvojama daug energijos – išsiskiria kaip šiluma į orą, išleidžiama šildymo įrangai ir pan.

Ar įmanoma sumažinti šias nevalingas energijos sąnaudas, sutrumpinti energijos konversijos procesą ir panaikinti tarpinius energijos konversijos etapus? Pasirodo, tai įmanoma. Viena iš jėgainių, kuri judančio elektrai laidžio skysčio ar dujų energiją paverčia tiesiai į elektros energiją, yra magnetohidrodinaminis generatorius arba trumpiau MHD generatorius.

Kaip ir įprastuose elektros generatoriuose, MHD generatorius yra pagrįstas elektromagnetinės indukcijos reiškiniu: laidininke, kertančiame magnetinio lauko linijas, kyla elektros srovė. MHD generatoriuje toks laidininkas yra vadinamasis darbinis skystis – skystis, dujos arba skystas metalas, turintis didelį elektros laidumą. Paprastai MHD generatoriai naudoja karštas jonizuotas dujas arba plazmą. Plazmai judant per magnetinį lauką, joje atsiranda priešingos krypties krūvininkų srautai – laisvieji elektronai ir teigiami jonai.

MHD generatorius susideda iš kanalo, kuriuo juda plazma, elektromagneto, sukuriančio magnetinį lauką, ir elektrodų, slopinančių krūvininkus. Dėl to tarp priešingų elektrodų atsiranda potencialų skirtumas, dėl kurio išorinėje grandinėje, prijungtoje prie jų, atsiranda elektros srovė. Taigi MHD generatorius judančios plazmos energiją paverčia tiesiai į elektrą, be jokių tarpinių transformacijų.

Pagrindinis MHD generatoriaus pranašumas, palyginti su įprastais elektromagnetiniais generatoriais, yra tai, kad nėra judančių mechaninių komponentų ir dalių, tokių kaip, pavyzdžiui, turbo ar vandenilio generatoriuje. Ši aplinkybė leidžia žymiai padidinti pradinę darbinio skysčio temperatūrą, taigi ir generatoriaus efektyvumą.

Pirmasis eksperimentinis MHD generatorius, kurio galia siekė tik 11,5 kW, buvo pastatytas 1959 metais JAV. 1965 metais SSRS buvo ištirtas pirmasis sovietinis MHD generatorius, o 1971 metais paleista bandomoji jėgainė – savotiška jėgainė su 25 MW MHD generatoriumi. Tokios elektrinės gali būti naudojamos, pavyzdžiui, kaip atsarginiai ar avariniai elektros energijos šaltiniai, taip pat kaip maitinimo šaltiniai įrenginiams, kuriems reikia daug elektros energijos per trumpą laiką.

2.3 Plazmos generatorius – plazmatronas

Jei kieta medžiaga per daug kaitinama, ji virsta skysčiu. Jei dar padidinsite temperatūrą, skystis išgaruos ir virs dujomis.

Bet kas atsitiks, jei ir toliau didinsite temperatūrą? Medžiagos atomai pradės prarasti elektronus, virsdami teigiamais jonais. Vietoj dujų susidaro dujinis mišinys, susidedantis iš laisvai judančių elektronų, jonų ir neutralių atomų. Tai vadinama plazma.

Šiais laikais plazma plačiai naudojama įvairiose mokslo ir technikos srityse: metalų terminiam apdorojimui, įvairioms jų dangoms, lydymui ir kitoms metalurginėms operacijoms. Pastaruoju metu chemikai pradėjo plačiai naudoti plazmą. Jie nustatė, kad plazmos srovėje daugelio cheminių reakcijų greitis ir efektyvumas labai padidėja. Pavyzdžiui, į vandenilio plazmos srovę įvedus metano, jis gali būti paverstas labai vertingu acetilenu. Arba tepkite alyvos garus ant daugelio organinių junginių - etileno, propileno ir kitų, kurie vėliau yra svarbios žaliavos gaminant įvairias polimerines medžiagas.

Plazmos generatoriaus schema - plazmatronas

Plazminis purkštukas;

Lanko iškrova;

Dujų sūkuriniai kanalai;

Ugniai atsparus metalo katodas;

Plazmą formuojančios dujos;

Elektrodo laikiklis;

Išleidimo kamera;

Solenoidas;

Varinis anodas.

Kaip sukurti plazmą? Tam naudojamas plazmatronas arba plazmos generatorius.

Įdėjus metalinius elektrodus į indą, kuriame yra dujų, ir įjungus jiems aukštą įtampą, įvyks elektros iškrova. Dujose visada yra laisvųjų elektronų. Veikiami elektros srovės jie įsibėgėja ir, susidūrę su neutralių dujų atomais, išmuša iš jų elektronus ir suformuoja elektriškai įkrautas daleles – jonus, t.y. jonizuoja atomus. Išsilaisvinusius elektronus taip pat pagreitina elektrinis laukas ir jie jonizuoja naujus atomus, dar labiau padidindami laisvųjų elektronų ir jonų skaičių. Procesas vystosi kaip lavina, medžiagos atomai labai greitai jonizuojasi ir medžiaga virsta plazma.

Šis procesas vyksta lankiniame plazmatrone. Jame tarp katodo ir anodo sukuriama aukšta įtampa, kuri gali būti, pavyzdžiui, metalas, kurį reikia apdoroti naudojant plazmą. Į išleidimo kameros erdvę tiekiama plazmą formuojanti medžiaga, dažniausiai dujos - oras, azotas, argonas, vandenilis, metanas, deguonis ir kt. Esant aukštai įtampai, dujose atsiranda iškrova, o tarp katodo ir anodo susidaro plazmos lankas. Kad išmetimo kameros sienelės neperkaistų, jos aušinamos vandeniu. Tokio tipo įrenginiai vadinami plazminiais degikliais su išoriniu plazmos lanku. Jie naudojami metalų pjovimui, suvirinimui, lydymui ir kt.

Plazminis degiklis sukurtas šiek tiek kitaip, kad būtų sukurtas plazmos srautas. Plazmą formuojančios dujos dideliu greičiu pučiamos per spiralinių kanalų sistemą ir „uždegamos“ erdvėje tarp katodo ir išleidimo kameros sienelių, kurios yra anodas. Plazma, spiralinių kanalų dėka susukta į tankią čiurkšlę, išstumiama iš antgalio, o jos greitis gali siekti nuo 1 iki 10 000 m/s. Induktoriaus sukurtas magnetinis laukas padeda „išspausti“ plazmą nuo kameros sienelių ir padaryti jos čiurkšlę tankesnę. Plazmos srovės temperatūra prie purkštuko išėjimo yra nuo 3000 iki 25000 K.

Pažvelkite į šį piešinį atidžiau. Ar tai primena ką nors gerai žinomo?

Žinoma, tai yra reaktyvinis variklis. Reaktyvinio variklio traukos jėgą sukuria karštų dujų srautas, dideliu greičiu išmetamas iš purkštuko. Kuo didesnis greitis, tuo didesnė traukos jėga. Kuo blogiau plazma? Reaktyvinio lėktuvo greitis gana tinkamas – iki 10 km/s. O specialių elektrinių laukų pagalba plazmą galima pagreitinti dar labiau – iki 100 km/s. Tai yra maždaug 100 kartų didesnis nei esamų reaktyvinių variklių dujų greitis. Tai reiškia, kad plazminių ar elektrinių reaktyvinių variklių trauka gali būti didesnė, o degalų sąnaudos gali būti žymiai sumažintos. Pirmieji plazminių variklių pavyzdžiai jau buvo išbandyti kosmose.

3 skyrius. Elektros perdavimas

.1 Elektros linijos

Elektros energija palankiai skiriasi nuo visų rūšių energijos tuo, kad jos galingi srautai gali būti perduodami beveik akimirksniu tūkstančius kilometrų. Energetinių upių „kanalai“ yra elektros perdavimo linijos (PTL) – pagrindinės energetikos sistemų grandys.

Šiuo metu tiesiamos dviejų tipų elektros linijos: antžeminės, tekančios srovę laidais virš žemės paviršiaus, ir požeminės, perduodančios srovę elektros kabeliais, paprastai nutiestais tranšėjose po žeme.

Elektros linijos susideda iš atramų – betoninių arba metalinių, prie kurių pečių tvirtinamos porceliano arba stiklo izoliatorių girliandos. Tarp atramų ištempiami variniai, aliuminio arba plieno-aliuminio laidai ir pakabinami ant izoliatorių. Elektros perdavimo linija palaiko žingsnį per dykumas ir taigą, kopimą aukštai į kalnus, per upes ir kalnų tarpeklius.

Oras tarnauja kaip izoliatorius tarp laidų. Todėl kuo didesnis įtempimas, tuo didesnis atstumas turėtų būti tarp laidų. Elektros linijos eina ir per laukus, šalia apgyvendintų vietovių. Todėl laidai turi būti pakabinti tokiame aukštyje, kuris būtų saugus žmonėms. Oro, kaip izoliatoriaus, savybės priklauso nuo klimato ir meteorologinių sąlygų. Elektros linijų statytojai turi atsižvelgti į vyraujančių vėjų stiprumą, vasaros ir žiemos temperatūrų skirtumus ir dar daugiau. Būtent todėl kiekvienai naujai elektros perdavimo linijai tiesti reikia rimto geriausios trasos matininkų darbo, mokslinių tyrimų, modeliavimo, sudėtingų inžinerinių skaičiavimų ir net aukštų statybininkų įgūdžių.

GOERLO plane buvo numatytas galingų elektrinių ir elektros tinklų kūrimas vienu metu. Perduodant elektrą laidais per atstumą, energijos nuostoliai yra neišvengiami, nes elektros srovei eidama per laidus jie įkaista. Todėl perduoti žemos įtampos srovę, 127 - 220 V, kai ji patenka į mūsų butus, didesniu nei 2 km atstumu yra nuostolinga. Siekiant sumažinti nuostolius laiduose, prieš tiekiant į liniją elektros srovės įtampa padidinama elektros pastotėse. Didėjant elektrinių galiai ir plečiantis elektrifikuotoms teritorijoms, kintamosios srovės įtampa perdavimo linijose nuosekliai didėja iki 220, 380, 500 ir 750 kV. Sibiro, Šiaurės Kazachstano ir Uralo elektros sistemoms sujungti nutiesta 1150 kV elektros perdavimo linija. Tokių linijų nėra nė vienoje pasaulio šalyje: atramų aukštis – iki 45 m (15 aukštų pastato aukštis), atstumas tarp kiekvienos iš trijų fazių laidų – 23 m.

Tačiau aukštos įtampos laidai pavojingi gyvybei, jų neįmanoma nuvesti į namus, gamyklas ir gamyklas. Štai kodėl, prieš perduodant elektrą vartotojui, sumažinamose pastotėse sumažinama aukštos įtampos srovė.

Kintamosios srovės perdavimo grandinė yra tokia. Generatoriaus generuojama žemos įtampos srovė tiekiama į pakopinės pastotės transformatorių, paverčiama aukštos įtampos srove, tada elektros linija eina į energijos suvartojimo vietą, čia transformatorius paverčiama žema įtampa. srovės, o vėliau atitenka vartotojams.

Mūsų šalis yra kito tipo elektros perdavimo linijų – nuolatinės srovės linijų – įkūrėja. Perduoti nuolatinę srovę elektros linijomis yra pelningiau nei kintamąją, nes jei linijos ilgis viršija 1,5–2 tūkstančius km, tada elektros nuostoliai perduodant nuolatinę srovę bus mažesni. Prieš įvedant srovę į vartotojų namus, ji vėl paverčiama kintamąja srove.

Norint įvesti aukštos įtampos srovę į miestus ir paskirstyti ją elektros laiptinėms pastotėms, po žeme nutiestos kabelinės elektros linijos. Ekspertai mano, kad ateityje oro linijos dažniausiai užleis vietą kabelinėms linijoms. Oro linijos turi trūkumą: aplink aukštos įtampos laidus susidaro elektrinis laukas, viršijantis Žemės magnetinį lauką. Ir tai daro neigiamą poveikį žmogaus organizmui. Tai gali kelti dar didesnį pavojų ateityje, kai elektros linijomis perduodama įtampa ir srovė dar labiau padidės. Jau dabar, siekiant išvengti nepageidaujamų pasekmių, aplink elektros linijas, kuriose draudžiama ką nors statyti, būtina sukurti „pirmybės teisę“.

Išbandyta kabelinė linija, imituojanti būsimas superlaidžias elektros linijas. Metalinio vamzdžio, padengto keliais pažangiausios šilumos izoliacijos sluoksniais, viduje yra varinė šerdis, susidedanti iš daugybės laidininkų, kurių kiekvienas yra padengtas niobio plėvele. Vamzdžio viduje palaikomas tikras kosminis šaltis – temperatūra 4,2 K. Esant tokiai temperatūrai dėl pasipriešinimo elektra neprarandama.

Elektrai perduoti mokslininkai sukūrė dujomis užpildytas linijas (GIL). GIL yra metalinis vamzdis, užpildytas dujomis – sieros heksafluoridu. Šios dujos yra puikus izoliatorius. Skaičiavimai rodo, kad esant padidintam dujų slėgiui, vamzdžio viduje nutiestais laidais galima perduoti iki 500 kV įtampos elektros srovę.

Po žeme nutiestos kabelinės elektros linijos sutaupys šimtus tūkstančių hektarų brangios žemės, ypač didžiuosiuose miestuose.

Kaip jau minėjome, toks elektros energijos perdavimas yra susijęs su pastebimais nuostoliais. Faktas yra tas, kad elektros srovė šildo elektros linijų laidus. Pagal Joule-Lenz dėsnį energijos, sunaudotos linijos laidams šildyti, apskaičiuojama pagal formulę

Q = I 2Rt

kur R yra linijos varža. Jei linijos ilgis labai ilgas, energijos perdavimas gali tapti ekonomiškai nenaudingas. Praktiškai labai sunku žymiai sumažinti linijos varžą. Todėl būtina sumažinti srovės stiprumą.

Kadangi srovės galia yra proporcinga srovės ir įtampos sandaugai, norint išlaikyti perduodamą galią, reikia padidinti įtampą perdavimo linijoje. Be to, kuo ilgesnė perdavimo linija, tuo pelningiau naudoti aukštesnę įtampą. Taigi aukštos įtampos perdavimo linijoje Volzhskaya HE - Maskva naudojama 500 kV įtampa. Tuo tarpu kintamosios srovės generatoriai statomi ne aukštesnei kaip 16-20 kV įtampai. Didesnė įtampa pareikalautų sudėtingų specialių priemonių apvijų ir kitų generatorių dalių izoliacijai.

Todėl didelėse elektrinėse įrengiami pakopiniai transformatoriai. Transformatorius padidina įtampą linijoje tiek pat, kiek sumažina srovę.

Norint tiesiogiai naudoti elektros energiją staklių varikliuose, apšvietimo tinkle ir kitiems tikslams, reikia sumažinti įtampą linijos galuose. Tai pasiekiama naudojant žeminamuosius transformatorius.

Paprastai įtampos sumažėjimas ir atitinkamai srovės padidėjimas vyksta keliais etapais. Kiekviename etape įtampa vis mažėja, o elektros tinklo aprėpta teritorija platėja (4 pav.).

Kai įtampa labai aukšta, tarp laidų prasideda koronos iškrova, dėl kurios prarandama energija. Leidžiama kintamosios įtampos amplitudė turi būti tokia, kad tam tikram laido skerspjūvio plotui energijos nuostoliai dėl vainikinės iškrovos būtų nereikšmingi.

Kai kuriuose šalies regionuose elektros jėgainės yra sujungtos aukštos įtampos perdavimo linijomis, suformuojant bendrą elektros tinklą, prie kurio prijungiami vartotojai. Šis derinys, vadinamas energetine sistema, leidžia išlyginti „pikiausias“ energijos suvartojimo apkrovas ryto ir vakaro valandomis. Elektros sistema užtikrina nenutrūkstamą energijos tiekimą vartotojams, nepriklausomai nuo jų buvimo vietos. Dabar beveik visa šalies teritorija elektra aprūpinta vieningomis energetikos sistemomis.

1% elektros energijos praradimas per dieną mūsų šaliai atneša apie pusės milijono rublių nuostolius.

3.2 Transformatorius

Kintamoji srovė palankiai skiriasi nuo nuolatinės srovės tuo, kad jos stiprumą galima palyginti lengvai pakeisti. Įrenginiai, konvertuojantys vienos įtampos kintamąją srovę į kitos įtampos kintamąją srovę, vadinami elektros transformatoriais (iš lotyniško žodžio "transformo" - "Aš transformuoju"). Transformatorių išrado rusų elektros inžinierius P. N. Yablochkinas 1876 m.

Transformatorius susideda iš kelių ritinių (apvijų), suvyniotų ant rėmo izoliuota viela, kurios dedamos ant šerdies, pagamintos iš plonų specialių plieninių plokščių.

Kintamoji elektros srovė, tekanti per vieną iš apvijų, vadinamą pirmine, aplink ją ir šerdyje sukuria kintamąjį magnetinį lauką, kertantį kitos – antrinės – transformatoriaus apvijos posūkius, sužadindama joje kintamą elektrovaros jėgą. Pakanka prijungti kaitinamąją lempą prie antrinės apvijos gnybtų, o susidariusioje uždaroje grandinėje tekės kintamoji srovė. Taigi elektros energija iš vienos transformatoriaus apvijos į kitą perduodama tiesiogiai jų nesujungiant, tik dėl apvijas jungiančio kintamo magnetinio lauko.

Jei abiejose apvijose yra skirtingas apsisukimų skaičius, tada antrinėje apvijoje bus indukuojama tokia pati įtampa, kaip ir pirminėje. Pavyzdžiui, jei į transformatoriaus pirminę apviją įvesite 220 V kintamąją srovę, antrinėje apvijoje atsiras 220 V srovė. Jei apvijos skiriasi, tada antrinėje apvijoje įtampa nebus lygi į pirminę apviją tiekiamai įtampai. Pakopiniame transformatoriuje, t.y. transformatoriuje, didinančiame elektros srovės įtampą, antrinėje apvijoje yra daugiau apsisukimų nei pirminėje, todėl įtampa joje yra didesnė nei pirminėje. Priešingai, sumažintame transformatoriuje antrinėje apvijoje yra mažiau apsisukimų nei pirminėje, todėl įtampa joje yra mažesnė.

Transformatoriai plačiai naudojami pramonėje ir kasdieniame gyvenime. Galios elektros transformatoriai leidžia perduoti kintamąją srovę elektros linijomis dideliais atstumais su mažais energijos nuostoliais. Tam jėgainės generatorių generuojama kintamosios srovės įtampa transformatorių pagalba pakeliama iki kelių šimtų tūkstančių voltų ir siunčiama elektros linijomis įvairiomis kryptimis. Energijos suvartojimo taške, nutolusioje nuo elektrinės daug kilometrų, šią įtampą mažina transformatoriai.

Veikiant galingi transformatoriai labai įkaista. Siekiant sumažinti šerdies ir apvijų šildymą, transformatoriai dedami į specialias talpyklas su mineraline alyva. Elektros transformatorius, aprūpintas tokia aušinimo sistema, yra labai įspūdingų matmenų: jo aukštis siekia kelis metrus, o svoris – šimtus tonų. Be tokių transformatorių, yra ir žemaūgių transformatorių, kurie veikia radijo imtuvuose, televizoriuose, magnetofonuose, telefonuose. Tokių transformatorių pagalba gaunamos kelios įtampos, kurios maitina skirtingas įrenginio grandines, jos perduoda signalus iš vienos elektros grandinės į kitą, iš kaskados į kaskadą ir atskiriamos elektros grandinės.

Kaip jau minėjome, transformatorius susideda iš uždaros plieninės šerdies, ant kurios dedamos dvi (kartais ir daugiau) ritės su vielos apvijomis (5 pav.). Viena iš apvijų, vadinama pirmine apvija, yra prijungta prie kintamos įtampos šaltinio. Antroji apvija, prie kurios prijungta „apkrova“, t.y. elektros energiją vartojantys prietaisai ir įrenginiai vadinami antriniais. Transformatoriaus su dviem apvijomis projektinė schema parodyta 6 paveiksle.

Transformatoriaus veikimas pagrįstas elektromagnetinės indukcijos reiškiniu. Kai kintamoji srovė praeina per pirminę apviją, šerdyje atsiranda kintamasis magnetinis srautas, kuris kiekvienoje apvijoje sužadina indukuotą emf. Transformatoriaus plieninė šerdis sukoncentruoja magnetinį lauką taip, kad magnetinis srautas egzistuoja beveik išimtinai šerdies viduje ir yra vienodas visose jos dalyse.

Momentinė indukuotos emf e vertė bet kuriame pirminės ar antrinės apvijos posūkyje yra vienoda. Pagal Faradėjaus dėsnį jis nustatomas pagal formulę

e = - Ф,

čia Ф yra magnetinės indukcijos srauto išvestinė laiko atžvilgiu. Jeigu

F=F m cos wt, tada

Vadinasi,

e = wФ m sinwt,

e = E m sinwt,

kur E m = wФ m - EML amplitudė vienu apsisukimu.

Jei prie antrinės apvijos galų prijungiama elektrą vartojanti grandinė arba, kaip sakoma, pakrautas transformatorius, tai antrinėje apvijoje srovė nebebus lygi nuliui. Gauta srovė, pagal Lenco taisyklę, turėtų sumažinti magnetinio lauko pokyčius šerdyje.

Tačiau susidariusio magnetinio srauto virpesių amplitudės sumažinimas savo ruožtu turėtų sumažinti pirminėje apvijoje sukeltą emf. Tačiau tai neįmanoma, nes, pasak u 1~e 1. todėl uždarius antrinės apvijos grandinę, srovė pirminėje apvijoje automatiškai didėja. Jo amplitudė didėja taip, kad būtų atkurta ankstesnė susidariusio magnetinio srauto virpesių amplitudės reikšmė.

Srovės stiprio padidėjimas pirminės apvijos grandinėje vyksta pagal energijos tvermės dėsnį: elektros energija išleidžiama į grandinę, prijungtą prie transformatoriaus antrinės apvijos, kartu su tos pačios energijos suvartojimu iš tinklo. pirminė apvija. Pirminės grandinės galia, kai transformatoriaus apkrova yra artima vardinei, yra maždaug lygi galiai antrinėje grandinėje: U 1aš 1~U 2aš 2.

Tai reiškia, kad kelis kartus padidinę įtampą naudodami transformatorių, srovę sumažiname tiek pat (ir atvirkščiai).

Šiuolaikiniuose galinguose transformatoriuose bendri energijos nuostoliai neviršija 2-3%.

Kad elektros energijos perdavimas būtų ekonomiškai naudingas, reikia kuo mažesnius laidų šildymo nuostolius. Tai pasiekiama perduodant elektros energiją dideliais atstumais esant aukštai įtampai. Faktas yra tas, kad padidėjus įtampai ta pati energija gali būti perduodama esant mažesniam srovės stiprumui, todėl sumažėja laidų įkaitimas, taigi ir energijos nuostoliai. Praktiškai perduodant energiją naudojamos 110, 220, 380, 500, 750 ir 1150 kV įtampos. Kuo ilgesnė elektros linija, tuo ji naudoja aukštesnę įtampą.

Kintamosios srovės generatoriai sukuria kelių kilovoltų įtampą. Generatorius konvertuoti į aukštesnes įtampas yra sunku – tokiais atvejais reikėtų ypač aukštos kokybės visų generatoriaus dalių izoliacijos veikiant srove. Todėl perduodant energiją dideliais atstumais, reikia padidinti įtampą naudojant transformatorius, sumontuotus laiptinėse pastotėse.

Elektros pastočių darbo schema: paaukštinimas, keitiklis (trauka), laiptelis.

Transformuota aukštoji įtampa elektros linijomis perduodama į vartojimo vietą. Tačiau vartotojui nereikia aukštos įtampos. Jį reikia nuleisti. Tai pasiekiama laiptinėse pastotėse.

Žemyninės pastotės skirstomos į rajonines, pagrindines laiptines ir vietines. Rajoniniai elektrą gauna tiesiai iš aukštos įtampos elektros linijų, mažina įtampą ir perduoda ją į pagrindines laiptines pastotes, kuriose įtampa sumažinama iki 6,10 arba 35 kV. Iš pagrindinių pastočių elektra tiekiama į vietines, kuriose įtampa sumažinama iki 500, 380, 220V ir paskirstoma pramonės įmonėms bei gyvenamiesiems namams.

Kartais už pakopinės pastotės yra ir keitiklių pastotė, kurioje kintamoji elektros srovė paverčiama nuolatine. Čia vyksta dabartinis ištaisymas. Nuolatinė srovė elektros linijomis perduodama dideliais atstumais. Toje pačioje pastotėje linijos pabaigoje ji vėl paverčiama (apverčiama) į kintamąją srovę, kuri tiekiama į pagrindines laiptines pastotes. Elektrifikuoto transporto ir pramonės įrenginiams maitinti nuolatine srove šalia pagrindinių laiptelių ir vietinių pastočių statomos keitiklių pastotės (transporte jos vadinamos trauka).

elektros srovės transformatoriaus generatorius

4 skyrius. Energija plieno gamintojui

.1 Plieno gamyba elektrinėse krosnyse

Elektrinė krosnis yra įrenginys, kuriame šiluma, gauta paverčiant elektros energiją šilumine energija, perduodama lydomai medžiagai. Pagal elektros energijos pavertimo šiluma metodą elektrinės krosnys skirstomos į šias grupes:

) lankas, kuriame elektros energija lanku paverčiama šiluma;

) varžos krosnys, kuriose specialiuose elementuose ar žaliavose dėl elektros srovės pratekėjimo per juos susidaro šiluma;

) kombinuotos, vienu metu veikiančios kaip lankinės ir atsparios krosnys (rūdos-terminės krosnys);

) indukcija, kurioje metalas kaitinamas sūkuriniais srautais, kuriuos jame sužadina elektromagnetinė indukcija;

) elektronų pluoštas, kuriame elektros srovės pagalba vakuume sukuriamas griežtai nukreiptas elektronų srautas, bombarduojantis ir tirpdantis pradines medžiagas;

) plazma, kurioje metalo kaitinimas ir lydymas atliekamas žemos temperatūros plazma.

Elektrinėje krosnyje galima pagaminti legiruotą plieną, kuriame yra mažai sieros ir fosforo, nemetalinių inkliuzų, o legiravimo elementų nuostoliai yra daug mažesni. Elektrinio lydymo procese galima tiksliai reguliuoti metalo temperatūrą ir jo sudėtį bei išlydyti beveik bet kokios sudėties lydinius.

Elektrinės krosnys turi didelių pranašumų prieš kitus plieno gamybos įrenginius, todėl tik šiose krosnyse lydomi didelio legiravimo įrankių lydiniai, nerūdijantys rutulinių guolių lydiniai, karščiui atsparūs ir karščiui atsparūs plienai, taip pat daugelis konstrukcinių plienų. Galingos elektrinės krosnys sėkmingai naudojamos mažai legiruoto ir daug anglies turinčio krosnies plieno gamybai. Be to, elektrinėse krosnyse gaminami įvairūs ferolydiniai, tai yra geležies lydiniai su elementais, kurie turi būti pašalinti iš plieno legiravimui ir deoksidacijai.

Elektrinių lankinių krosnių statyba.

Pirmoji elektros lankinė krosnis Rusijoje buvo įrengta 1910 metais Obukhovo gamykloje. Per penkerių metų planų metus buvo pastatyta šimtai skirtingų krosnių. Didžiausios SSRS krosnies talpa yra 200 tonų. Krosnis susideda iš cilindrinio geležies korpuso su sferiniu dugnu. Korpuso viduje yra ugniai atsparus pamušalas. Krosnies lydymosi erdvė uždengta nuimamu stogeliu.

Orkaitėje yra veikiantis langas ir išleidimo anga su nutekėjimo lataku. Krosnis maitinama trifaze kintama srove. Metalo kaitinimas ir lydymas vyksta galingais elektros lankais, degančiais tarp trijų elektrodų galų ir metalo krosnyje. Krosnis remiasi į du atraminius sektorius, kurie rieda išilgai rėmo. Krosnies pakreipimas link išleidimo angos ir darbinio lango atliekamas naudojant stelažo ir krumpliaračio mechanizmą. Prieš pakraunant krosnį, ant grandinių pakabinama arka pakeliama į portalą, tada portalas su lanku ir elektrodais pasukamas link nutekėjimo latako ir krosnis apkraunama kubilu.

Lankinės krosnies mechaninė įranga.

Krosnies korpusas turi atlaikyti apkrovą nuo ugniai atsparių medžiagų ir metalo masės. Jis pagamintas iš suvirintos skardos, kurios storis 16-50 mm, priklausomai nuo krosnies dydžio. Korpuso forma lemia elektros lankinės krosnies darbo erdvės profilį. Šiuo metu dažniausiai naudojamas korpuso tipas yra kūginis. Apatinė korpuso dalis yra cilindro formos, viršutinė dalis yra kūgio formos su pailgėjimu į viršų. Tokia korpuso forma palengvina krosnies užpildymą ugniai atsparia medžiaga, todėl nuožulnios sienos padidina mūro ilgaamžiškumą, nes jis yra toliau nuo elektros lankų. Taip pat naudojami cilindriniai korpusai su vandeniu aušinamomis plokštėmis. Norint išlaikyti tinkamą cilindro formą, korpusas sutvirtintas briaunomis ir standinimo žiedais. Korpuso dugnas dažniausiai daromas sferinis, o tai užtikrina didžiausią korpuso tvirtumą ir minimalų mūro svorį. Dugnas pagamintas iš nemagnetinio plieno, skirtas elektromagnetinio maišymo įrenginio montavimui po krosnimi.

Krosnies viršus uždengtas skliautu. Skliautas surenkamas iš ugniai atsparių plytų metaliniame vandeniu aušinamame skliauto žiede, kuris atlaiko arkinio sferinio skliauto stūmimo jėgas Žiedo apatinėje dalyje yra išsikišimas – peilis, kuris telpa į smėlio sandariklį. krosnies korpusas. Skliauto mūre paliktos trys skylės elektrodams. Skylių skersmuo yra didesnis nei elektrodo skersmuo, todėl lydymosi metu į tarpą veržiasi karštos dujos, kurios ardo elektrodą ir pašalina šilumą iš krosnies. Siekiant to išvengti, ant skliauto įrengiami šaldytuvai arba ekonomaizeriai, kurie užsandarina elektrodų angas ir vėsina skliauto mūrą. Dujų dinaminiai ekonomaizeriai užtikrina sandarumą naudojant oro užuolaidą aplink elektrodą. Stoge taip pat yra anga dulkėtoms dujoms išsiurbti ir anga deguonies antgaliui.

Užtaisui įkrauti į mažos talpos krosnį ir krauti legiravimą bei srautus į dideles krosnis, šlako iškrovimo krosnis, krosnies apžiūrą, užpildymą ir remontą, yra pakrovimo langas, įrėmintas liejiniu rėmu. Prie rėmo pritvirtinti kreiptuvai, išilgai kurių sklendė slysta. Sklendė išklota ugniai atspariomis plytomis. Sklendei pakelti naudojama pneumatinė, hidraulinė arba elektromechaninė pavara.

Priešingoje korpuso pusėje yra langas plienui išleisti iš krosnies. Prie lango privirinamas drenažo latakas. Plieno išleidimo anga gali būti apvali, 120–150 mm skersmens, arba kvadratinė, kurios skersmuo 150 x 250 mm. Drenažo latakas yra lovelio formos skerspjūvio ir yra privirintas prie korpuso 10-12° kampu horizontalės atžvilgiu. Latako vidus išklotas šamotinėmis plytomis, jo ilgis 1-2 m.

Elektrodų laikikliai naudojami srovei tiekti elektrodams ir elektrodams prispausti. Elektrodų laikiklių galvutės pagamintos iš bronzos arba plieno ir aušinamos vandeniu, nes labai įkaista tiek nuo krosnies šilumos, tiek nuo kontaktinių srovių. Elektrodo laikiklis turi tvirtai prispausti elektrodą ir turėti mažą kontaktinę varžą. Šiuo metu labiausiai paplitęs yra spyruoklinis-pneumatinis elektrodo laikiklis. Elektrodas prispaudžiamas naudojant fiksuotą žiedą ir suspaudimo plokštę, kuri spyruokle prispaudžiama prie elektrodo. Plokštė suspaudžiama nuo elektrodo, o spyruoklė suspaudžiama naudojant suspaustą orą. Elektrodo laikiklis montuojamas ant metalinės movos – konsolės, kuri pritvirtinama prie L formos kilnojamo stovo į vieną standžią konstrukciją. Įrašas gali judėti aukštyn arba žemyn fiksuoto langelio stulpelyje. Trys fiksuoti stulpeliai yra standžiai sujungti į vieną bendrą konstrukciją, kuri remiasi į krosnies atraminio lopšio platformą.

Kilnojamųjų teleskopinių stelažų judėjimas vyksta arba naudojant elektros variklių varomų kabelių ir atsvarų sistemą, arba naudojant hidraulinius įtaisus. Elektrodų judinimo mechanizmai turėtų užtikrinti greitą elektrodų pakėlimą, jei lydymosi metu sumažėtų krūvis, taip pat sklandų elektrodų nuleidimą, kad jie nepanirtų į metalą arba nepatektų į neišsilydžiusius mokestis. Elektrodų kėlimo greitis 2,5-6,0 m/min, nuleidimo greitis 1,0-2,0 m/min.

Krosnies pasvirimo mechanizmas turi sklandžiai pakreipti krosnį link išleidimo angos 40-45° kampu plienui išleisti ir 10-15° kampu darbinio langelio link šlako išmetimui. Krosnies rėmas arba lopšys, ant kurio sumontuotas korpusas, remiasi į du ar keturis atraminius sektorius, kurie rieda išilgai horizontalių kreiptuvų. Sektoriuose yra skylės, o kreiptuvai – dantukais, kurie neleidžia sektoriams paslysti, kai orkaitė pakreipiama. Krosnies pakreipimas atliekamas naudojant stelažo ir pavarų mechanizmą arba hidraulinę pavarą. Du cilindrai sumontuoti ant fiksuotų pamatų atramų, o strypai šarnyriškai sujungti su krosnies lopšio atraminiais sektoriais.

Krosnies pakrovimo sistema būna dviejų tipų: per pildymo langą naudojant muldozinės pakrovimo mašiną ir per viršų naudojant kaušą. Pakrovimas per langą naudojamas tik mažose krosnyse. Krosnelę pakraunant iš viršaus vienu ar dviem etapais 5 minutes, pamušalas mažiau vėsta ir sutrumpėja lydymosi laikas; sumažėja energijos suvartojimas; Krosnies tūris išnaudojamas efektyviau. Norint pakrauti krosnį, stogas pakeliamas 150-200 mm virš krosnies korpuso ir kartu su elektrodais pasukamas į šoną, visiškai atveriant krosnies darbo erdvę įkrovimo kubilui įvesti. Krosnies stogas pakabinamas nuo rėmo. Jis sujungtas su fiksuotais elektrodų laikiklių stovais į vieną standžią konstrukciją, paremtą ant besisukančios konsolės, kuri sumontuota ant atraminio guolio. Didelėse krosnyse yra besisukantis bokštelis, kuriame sutelkti visi stogo pasukimo mechanizmai. Bokštas sukasi aplink vyrį ant ritinėlių išilgai lankinio bėgio.

Kubilas yra plieninis cilindras, kurio skersmuo yra mažesnis už krosnies darbo erdvės skersmenį. Cilindro apačioje yra judantys lankstūs sektoriai, kurių galai per žiedus sutraukiami kabeliu. Įkrovos svėrimas ir pakrovimas atliekamas elektrinių krosnių lydymo cecho įkrovimo aikštelėje. Kubilas į dirbtuves vežamas vežimėliu, pakeliamas kranu ir nuleidžiamas į krosnį.

Naudojant pagalbinį krano kėlimą, kabelis ištraukiamas iš sektorių akių, o keliant kubilą sektoriai atidaromi, o užtaisas nuleidžiamas į krosnį tokia tvarka, kokia buvo įdėtas į kubilą. kubilas. Kai metalizuotos granulės naudojamos kaip užpildas, pakrovimas gali būti vykdomas nuolat per vamzdyną, kuris patenka į krosnies stogo angą. Lydymosi metu elektrodai įkrovoje išpjauna tris šulinius, kurių apačioje kaupiasi skystas metalas. Norint pagreitinti lydymą, krosnyse sumontuotas sukamasis įtaisas, kuris 80° kampu sukasi korpusą į vieną ar kitą pusę. Šiuo atveju elektrodai įkrovoje išpjauna devynias duobutes. Norėdami pasukti korpusą, pakelkite lanką, pakelkite elektrodus virš įkrovimo lygio ir pasukite korpusą naudodami žiedinę krumpliaratį, pritvirtintą prie korpuso ir krumpliaračių. Krosnies korpusas remiasi ant ritinėlių.

Išmetamųjų dujų valymas.

Šiuolaikinės didelės plieno lydymo lankinės krosnys veikimo metu į atmosferą išmeta didelius kiekius dulkėtų dujų. Prie to prisideda deguonies ir miltelių pavidalo medžiagų naudojimas.

Dulkių kiekis elektros lanko krosnių dujose siekia 10 g/m^3 ir gerokai viršija normą. Dulkėms surinkti iš krosnių darbo erdvės galingu ventiliatoriumi išsiurbiamos dujos. Norėdami tai padaryti, krosnies stoge su dujų įsiurbimo vamzdžiu padaroma ketvirta skylė. Vamzdis jungiasi prie stacionaraus vamzdyno per tarpą, leidžiantį pakreipti arba pasukti orkaitę. Pakeliui dujos praskiedžiamos oru, reikalingu CO sudeginimui. Tada dujos atšaldomos vandens srovėmis šilumokaityje ir nukreipiamos į Venturi vamzdžių sistemą, kur dulkės sulaikomos drėkinant. Taip pat naudojami medžiaginiai filtrai, dezintegratoriai ir elektriniai nusodintuvai. Naudojamos dujų valymo sistemos, apimančios visą elektrinių krosnių cechą, po cecho stogu virš elektrinių krosnių įrengiant dūmų šalinimo gaubtus.

Krosnies pamušalas.

Dauguma lankinių krosnių turi pagrindinį pamušalą, sudarytą iš MgO pagrindu pagamintų medžiagų. Krosnies pamušalas sukuria metalinę vonią ir atlieka šilumą izoliuojančio sluoksnio vaidmenį, kuris sumažina šilumos nuostolius. Pagrindinės pamušalo dalys yra krosnies dugnas, sienos ir stogas. Temperatūra elektros lankų srityje siekia kelis tūkstančius laipsnių. Nors krosnies pamušalas atskirtas nuo lankų, jis vis tiek turi atlaikyti iki 1700°C temperatūrą. Šiuo atžvilgiu pamušalui naudojamos medžiagos turi turėti didelį atsparumą ugniai, mechaninį stiprumą, šiluminį ir cheminį atsparumą. Plieno lydymo krosnies židinys surenkamas tokia tvarka. Lakštinis asbestas klojamas ant plieninio korpuso, ant asbestinio šamoto miltelių sluoksnio, dviejų sluoksnių šamotinių plytų ir pagrindinio sluoksnio iš magnezito plytų. Magnezito miltelių darbinis sluoksnis su derva ir pikiu, naftos perdirbimo produktas, užpilamas ant magnezito plytų dugno. Spausdinto sluoksnio storis 200 mm. Bendras židinio storis yra maždaug lygus vonios gyliui ir gali siekti 1 m didelėms krosnims. Krosnies sienos klojamos tinkamai sumūrijus asbestines ir šamotines plytas iš stambiagabaričių nedegtų magnezito-chromito plytų iki 430 mm ilgio. Sienų mūras gali būti iš plytų geležinėse kasetėse, kurios užtikrina plytų suvirinimą į vieną monolitinį bloką. Sienų ilgaamžiškumas siekia 100-150 lydžių. Židinio tarnavimo laikas nuo vienerių iki dvejų metų. Krosnies stogo pamušalas veikia sunkiomis sąlygomis. Jis atlaiko dideles šilumines apkrovas dėl degančių lankų ir šlako atspindėtą šilumą. Didelių krosnių skliautai mūryti iš magnezito-chromito plytų. Statant skliautą naudojamos normalios ir forminės plytos. Skerspjūviu skliautas yra arkos formos, kuri užtikrina tvirtą plytų sukibimą viena su kita. Arkos patvarumas yra 50 - 100 lydžių. Tai priklauso nuo elektrinio lydymo būdo, skysto metalo buvimo krosnyje trukmės, lydimojo plieno ir šlako sudėties. Šiuo metu plačiai paplitę vandeniu aušinami skliautai ir sienų plokštės. Šie elementai palengvina pamušalo aptarnavimą.

Srovė į krosnies lydymosi erdvę tiekiama per elektrodus, surinktus iš sekcijų, kurių kiekvienas yra apvalus ruošinys, kurio skersmuo nuo 100 iki 610 mm ir ilgis iki 1500 mm. Mažose elektrinėse krosnyse naudojami anglies elektrodai, didelėse - grafitas. Grafito elektrodai gaminami iš mažai pelenų turinčių anglies medžiagų: naftos kokso, dervos, pikio. Elektrodų masė sumaišoma ir presuojama, po to neapdorotas ruošinys deginamas dujinėse krosnyse 1300 laipsnių temperatūroje ir papildomai grafitizuojamas 2600 - 2800 laipsnių temperatūroje elektrinės varžos krosnyse. Eksploatacijos metu dėl oksidacijos krosnies dujomis ir purškimo degant lankui elektrodai perdega.

Sutrumpėjus elektrodui, jis nuleidžiamas į krosnį. Šiuo atveju elektrodo laikiklis artėja prie lanko. Ateina taškas, kai elektrodas tampa toks trumpas, kad negali išlaikyti lanko, todėl jį reikia ištiesti. Elektrodams prailginti, sekcijų galuose padaromos srieginės skylės, į kurias įsukamas adapteris-nipelis, su kuriuo sujungiamos atskiros sekcijos. Elektrodų sąnaudos yra 5-9 kg vienai pagaminto plieno tonai.

Elektros lankas yra viena iš elektros iškrovos rūšių, kai srovė teka per jonizuotas dujas ir metalo garus. Kai elektrodai trumpam priartėja prie krūvio arba vienas prie kito, įvyksta trumpasis jungimas.

Teka didelė srovė. Elektrodų galai įkaista baltai. Perkeliant elektrodus vienas nuo kito, tarp jų susidaro elektros lankas. Iš karšto katodo vyksta termoelektronų emisija, kuri, eidama link anodo, susiduria su neutraliomis dujų molekulėmis ir jas jonizuoja. Neigiami jonai nukreipiami į anodą, teigiami - į katodą. Erdvė tarp anodo ir katodo tampa jonizuota ir laidi. Bombarduojant anodą elektronais ir jonais jis labai įkaista. Anodo temperatūra gali siekti 4000 laipsnių. Lankas gali degti nuolatine ir kintama srove. Elektrinės lankinės krosnys veikia kintama srove. Neseniai Vokietijoje buvo pastatyta nuolatinės srovės elektros lankinė krosnis.

Pirmoje laikotarpio pusėje, kai elektrodas yra katodas, lankas dega. Pasikeitus poliškumui, kai katodu tampa metalo krūvis, lankas užgęsta, nes pradiniame lydymosi periode metalas dar nebuvo įkaitintas ir jo temperatūra yra nepakankama elektronų emisijai. Todėl pradiniame tirpimo periode lankas dega neramiai ir su pertrūkiais. Po to, kai vonia yra padengta šlako sluoksniu, lankas stabilizuojasi ir dega tolygiau.

Elektros įranga.

Elektrodai skirti tiekti srovę į krosnies darbo erdvę ir sudaryti elektros lanką. Elektrodai gali būti anglies arba grafito. Elektros plieno gamyboje daugiausia naudojami grafitizuoti elektrodai. Anglies elektrodai dažniausiai naudojami mažose krosnyse.

Lankinių krosnių elektros įrangą sudaro pagrindinės srovės grandinės įranga, valdymo ir matavimo, apsaugos ir signalizacijos įranga, taip pat automatinis elektrodų judėjimo mechanizmo reguliatorius, krosnių mechanizmų elektrinės pavaros ir elektromagnetinio metalo maišymo instaliacija.

Elektros lankinių krosnių darbinė įtampa yra 100 - 800 V, o srovė matuojama dešimtimis tūkstančių amperų. Vieno įrenginio galia gali siekti 50 - 140 MVA*A. Į elektros krosnių cecho pastotę tiekiama iki 110 kV srovės įtampa. Aukšta įtampa maitina krosnių transformatorių pirmines apvijas. Lankinės krosnies elektros įrangą sudaro šie įtaisai:

Oro skyriklis skirtas atjungti visą elektros krosnies instaliaciją nuo aukštos įtampos linijos lydymosi metu. Atjungiklis nėra skirtas įjungti ir išjungti srovę, todėl jį galima naudoti tik su pakeltais elektrodais ir be lankų. Struktūriškai atjungiklis yra trifazis smulkintuvo tipo jungiklis.

Pagrindinis grandinės pertraukiklis naudojamas esant apkrovai atjungti elektros grandinę, per kurią teka aukštos įtampos srovė. Jei lydymo pradžioje krosnyje įkrova nėra sandariai dedama, kai įkrova dar šalta, lankai dega nestabiliai, įkrova subyra ir tarp elektrodų atsiranda trumpieji jungimai. Tokiu atveju srovės stiprumas smarkiai padidėja. Tai veda prie didelių transformatoriaus perkrovų, kurios gali sugesti. Kai srovė viršija nustatytą ribą, jungiklis automatiškai išjungia instaliaciją, kuriai yra maksimali srovės relė.

Aukštą įtampą į žemą (nuo 6-10 kV iki 100-800 V) paversti reikalingas krosnies transformatorius. Aukštos ir žemos įtampos apvijos bei magnetinės grandinės, ant kurių jos dedamos, yra talpykloje su alyva, kuri skirta apvijų vėsinimui. Aušinimas sukuriamas priverstinai pumpuojant alyvą iš transformatoriaus korpuso į šilumokaičio baką, kuriame alyva aušinama vandeniu. Transformatorius sumontuotas šalia elektrinės krosnies specialioje patalpoje. Jame yra įrenginys, leidžiantis perjungti apvijas etapais ir taip laipsniškai reguliuoti į krosnį tiekiamą įtampą. Pavyzdžiui, 200 tonų buitinės krosnies transformatorius, kurio galia 65 MV*A, turi 23 įtampos lygius, kurie persijungia veikiant apkrovai, neišjungiant krosnies.

Elektros tinklo atkarpa nuo transformatoriaus iki elektrodų vadinama trumpuoju tinklu. Tiektuvai, išeinantys iš transformatorinės pastotės sienelės, lanksčiais, vandeniu aušinamais kabeliais tiekia įtampą į elektrodų laikiklį. Lanksčios sekcijos ilgis turi leisti norimą krosnies pakreipimą ir stogo angą pakrovimui. Lankstūs kabeliai jungiami prie varinių vandeniu aušinamų strypų, sumontuotų ant elektrodų laikiklių rankovių. Vamzdžių padangos yra tiesiogiai prijungtos prie elektrodo laikiklio galvutės, kuri suspaudžia elektrodą. Be nurodytų pagrindinių elektros tinklo komponentų, jame yra įvairi matavimo įranga, prijungta prie srovės linijų per srovės ar įtampos transformatorius, taip pat automatinio lydymo proceso valdymo prietaisai.

Automatinis reguliavimas.

Vykstant lydymuisi, į elektros lanko krosnį reikia tiekti įvairaus energijos kiekio. Maitinimo šaltinį galite pakeisti keisdami lanko įtampą arba srovę. Įtampos reguliavimas atliekamas perjungiant transformatoriaus apvijas. Srovė reguliuojama keičiant atstumą tarp elektrodo ir krūvio pakeliant arba nuleidžiant elektrodus. Šiuo atveju lanko įtampa nesikeičia. Elektrodų nuleidimas arba pakėlimas atliekamas automatiškai, naudojant automatinius reguliatorius, sumontuotus kiekvienoje krosnies fazėje. Šiuolaikinėse krosnyse tam tikrą elektrinio režimo programą galima nustatyti visam lydymosi laikotarpiui.

Prietaisas elektromagnetiniam metalo maišymui.

Metalui maišyti stambiojo lanko krosnyse, pagreitinti ir palengvinti technologines šlako parsisiuntimo operacijas, po krosnies dugnu esančioje dėžėje įrengiama elektrinė apvija, kuri aušinama vandeniu arba suslėgtu oru. Statoriaus apvijos maitinamos žemo dažnio srove iš dviejų fazių generatoriaus, kuris sukuria slenkantį magnetinį lauką, kuris užfiksuoja skysto metalo vonią ir priverčia apatinius metalo sluoksnius judėti krosnies dugnu lauko judėjimo kryptimi. Viršutiniai metalo sluoksniai kartu su šalia esančiu šlaku juda priešinga kryptimi. Tokiu būdu judėjimas gali būti nukreiptas arba link darbinio lango, kuris palengvins šlako išėjimą iš krosnies, arba į nutekėjimo angą, o tai paskatins vienodą legiravimo ir deoksidatorių pasiskirstymą bei metalo sudėties ir jo vidurkį. temperatūros. Šis metodas neseniai buvo naudojamas ribotai, nes didelio našumo krosnyse metalas aktyviai maišomas lankais. Plieno lydymas pagrindinėje elektros lankinėje krosnyje.

Žaliavos.

Pagrindinė medžiaga, skirta lydyti elektra, yra plieno laužas. Laužas neturėtų būti stipriai oksiduotas, nes esant dideliam rūdžių kiekiui, į plieną patenka daug vandenilio. Priklausomai nuo cheminės sudėties, laužas turi būti surūšiuotas į atitinkamas grupes. Pagrindinis laužo kiekis, skirtas lydyti elektrinėse krosnyse, turi būti kompaktiškas ir sunkus. Turint nedidelę laužo masę, visa lydymui skirta dalis netelpa į krosnį. Būtina nutraukti lydymo procesą ir įkrauti įkrovą. Tai padidina lydymosi trukmę, padidina energijos sąnaudas ir sumažina elektrinių krosnių našumą. Pastaruoju metu elektrinėse krosnyse pradėtos naudoti metalizuotos granulės, gautos tiesioginio redukcijos metodu. Šio tipo žaliavos, turinčios 85-93% geležies, privalumas yra tas, kad ji nėra užteršta variu ir kitomis priemaišomis. Patartina naudoti granules didelio stiprio konstrukcinio legiruotojo plieno, elektrotechninio plieno ir rutulinio guolių plieno lydymui.

Legiruotos atliekos susidaro elektrinėje krosnies lydymo ceche požeminių luitų ir sruogų pavidalu; nuėmimo skyriuje drožlių pavidalu, valcavimo cechuose - apdailos ir laužo pavidalu ir kt.; Be to, daug legiruoto laužo atkeliauja iš mašinų gamybos įmonių. Legiruotų metalų atliekų naudojimas leidžia sutaupyti vertingų legiruojamųjų medžiagų ir padidina elektrinių lydalų ekonominį efektyvumą. Minkšta geležis yra specialiai lydoma atviro židinio krosnyse ir konverteriuose ir naudojama anglies kiekiui kontroliuoti elektrinio lydymo proceso metu.

4.2 Tipiniai elektros energijos imtuvai

Nagrinėjamos grupės vartotojai sukuria vienodą ir simetrišką apkrovą visose trijose fazėse. Apkrovos smūgiai atsiranda tik paleidžiant. Galios koeficientas yra gana stabilus ir paprastai yra 0,8–0,85. Didelių siurblių, kompresorių ir ventiliatorių elektrinei pavarai dažniausiai naudojami sinchroniniai varikliai, veikiantys su pirmaujančiu galios koeficientu.

Kėlimo ir transportavimo įrenginiai veikia su pertrūkiais. Šiems įrenginiams būdingi dažni apkrovos smūgiai. dėl staigių apkrovos pokyčių galios koeficientas taip pat kinta reikšmingose ​​ribose, vidutiniškai nuo 0,3 iki 0,8. Kalbant apie nepertraukiamo maitinimo šaltinį, šie įrenginiai turėtų būti priskirti (priklausomai nuo eksploatavimo ir montavimo vietos) 1 ir 2 kategorijų vartotojams. Kėlimo ir transportavimo įrenginiuose naudojama tiek kintamoji (50 Hz), tiek nuolatinė srovė. Daugeliu atvejų kėlimo įrangos apkrova kintamosios srovės pusėje turėtų būti laikoma simetriška visose trijose fazėse.

Elektros apšvietimo instaliacijos

Elektros lempos yra vienfazė apkrova, tačiau dėl mažos imtuvo galios (dažniausiai ne daugiau kaip 2 kW) elektros tinkle, tinkamai sugrupavus šviestuvus, galima pasiekti gana vienodą apkrovą tarp fazių ( kurių asimetrija ne didesnė kaip 5-10%).

Krovinio pobūdis vienodas, be smūgių, tačiau jo vertė kinta priklausomai nuo paros laiko, metų ir geografinės padėties. Srovės dažnis yra bendras pramoninis, lygus 50 Hz. Kaitinamųjų lempų galios koeficientas yra 1, dujų išlydžio lempų - 0,6. Reikia turėti omenyje, kad naudojant dujų išlydžio lempas laiduose, ypač nuliniuose, atsiranda didesnės srovės harmonikos.

Priimtini trumpalaikiai (keleto sekundžių) avariniai elektros energijos tiekimo apšvietimo įrenginiams nutrūkimai. Ilgos pertraukos (minutės ir valandos) mityboje yra nepriimtinos kai kurioms gamybos rūšims. Tokiais atvejais naudojamas atsarginis maitinimo šaltinis iš antrojo srovės šaltinio (kai kuriais atvejais net iš nepriklausomo nuolatinės srovės šaltinio). Tose pramonės šakose, kuriose apšvietimo išjungimas kelia grėsmę žmonių saugumui, naudojamos specialios avarinio apšvietimo sistemos. Pramonės įmonių apšvietimo įrenginiams naudojama nuo 6 iki 220 V įtampa.

Konverterių įrengimas

Norint paversti trifazę srovę į nuolatinę srovę arba trifazę pramoninio dažnio 50 Hz srovę į trifazę arba vienfazę žemo, aukšto ar aukšto dažnio srovę, pramonės įmonės teritorijoje statomos keitiklių stotelės.

Priklausomai nuo srovės keitiklių tipo, keitiklių sustojimai skirstomi į:

) puslaidininkinių keitiklių įrenginiai;

) keitikliai su gyvsidabrio lygintuvais;

) keitikliai su variklių generatoriais,

) keitiklis sustoja su mechaniniais lygintuvais.

Pagal paskirtį keitiklių instaliacijos bus sulankstytos elektros tiekimui

) daugelio mašinų ir mechanizmų varikliai;

) elektrolizės vonios;

) elektrinis transportas gamykloje;

) elektriniai nusodintuvai;

) Nuolatinės srovės suvirinimo įrenginiai ir kt.

Elektrolizės keitiklių įrenginiai plačiai naudojami spalvotojoje metalurgijoje, gaminant elektrolitinį aliuminį, šviną, varį ir kt. Tokiuose įrenginiuose pramoninio dažnio srovė, kurios įtampa yra 6-35 kV, paprastai naudojant silicio lygintuvus konvertuojama į nuolatinės srovės įtampą, reikalingą technologinėmis sąlygomis (iki 825 V).

Elektrolizės įrenginių maitinimo pertrauka nesukelia rimtų nelaimingų atsitikimų su pagrindinės įrangos pažeidimu ir gali būti toleruojama keletą minučių, o kai kuriais atvejais ir kelias valandas . Tačiau dėl atvirkštinės emf. elektrolizės vonelėse, kai kuriais atvejais gali atsirasti išlaisvintų metalų judėjimas atgal į vonios tirpalą, todėl naujo to paties metalo išleidimo elektrolizės įrenginiai turi būti aprūpinti elektros energija, kaip ir 1-ojo imtuvai kategorija, tačiau leidžiant trumpalaikius elektros energijos tiekimo sutrikimus, gaunama gana vienoda ir simetriška fazių elektrolizės įrenginių galios koeficientas nuolatinė ištaisyta srovė, todėl reikia reguliuoti įtampą kintamosios srovės pusėje.

Industrinio elektros transporto keitiklių įrenginiai (vežimas, kėlimas, įvairių rūšių krovinių judėjimas ir kt.) yra palyginti mažos galios (nuo šimtų iki 2000-3000 kW). Tokių įrenginių galios koeficientas svyruoja nuo 0,7 iki 0,8. Apkrova kintamosios srovės pusėje yra simetriška, tačiau staigiai keičiasi dėl srovės smailių, kai veikia traukos varikliai. . Transporto veiklos nutraukimas paprastai sukelia rimtų komplikacijų įmonės veikloje, todėl ši vartotojų grupė turi būti aprūpinta elektra, kaip ir 1-os ar 2-os kategorijos imtuvai, leidžiantys trumpam nutraukti elektros tiekimą iš šių įrenginių gaminama naudojant pramoninio dažnio kintamąją srovę, kurios įtampa yra 0,4-35 kV.

Dujoms valyti plačiai naudojami keitiklių įrenginiai, skirti maitinti iki 100–200 kW galios elektrinius nusodintuvus (su mechaniniais lygintuvais). o antrinėje apvijoje iki 110 kV galios koeficientas yra 0,7-0,8. Aukštos įtampos pusės apkrova yra simetriška ir vienoda, jų trukmė priklauso nuo gamybos proceso.

Gamybos mechanizmų elektros varikliai

Šio tipo imtuvai randami visose pramonės įmonėse Visų tipų varikliai naudojami šiuolaikinėms staklėms. Variklių galia yra labai įvairi ir svyruoja nuo frakcijų iki šimtų kilovatų ir daugiau. Tinklo įtampa 660-380/220 V su 50 Hz dažniu Galios koeficientas labai skiriasi priklausomai nuo technologinio proceso Kalbant apie maitinimo patikimumą, ši imtuvų grupė, kaip taisyklė, priklauso 2 kategorijai daug mašinų, kuriose elektros energijos tiekimo nutraukimas yra nepriimtinas dėl saugos sąlygų (galimi sužeisti dirbantys darbuotojai) ir dėl galimo gaminių pažeidimo, ypač apdorojant dideles, brangias dalis.

Elektrinės krosnys ir elektroterminiai įrenginiai

Pagal elektros energijos pavertimo šiluma metodą ją galima suskirstyti į:

) varžos krosnys;

) indukcinės krosnys ir įrenginiai;

) elektros lanko krosnys;

) orkaitės su mišriu šildymu.

Atsparios krosnys pagal šildymo būdą skirstomos į netiesioginio veikimo krosnis ir tiesioginio veikimo krosnis. Medžiagos kaitinimas netiesioginėse krosnyse atsiranda dėl šilumos, kurią sukuria kaitinimo elementai, kai per juos praeina elektros srovė. Netiesioginio šildymo krosnys yra įrenginiai, kurių įtampa yra iki 1000 V ir dažniausiai maitinami iš 380 V tinklų, kurių pramoninis dažnis yra 50 Hz. Krosnys gaminamos vienfaze ir trifaze nuo vienetų iki kelių tūkstančių kilovatų. Daugeliu atvejų galios koeficientas yra 1.

Tiesioginio veikimo krosnyse kaitinimas atliekamas šiluma, išsiskiriančia įkaitintame gaminyje, kai per jį praeina elektros srovė. Krosnys gaminamos su vienfaze ir trifaze galia iki 3000 kW; maitinimas vykdomas pramonine 50 Hz dažnio srove iš 380/220 V tinklų arba per žeminamuosius transformatorius iš aukštesnės įtampos tinklų. Galios koeficientas svyruoja nuo 0,7 iki 0,9 nepertraukiamo maitinimo požiūriu dauguma varžos krosnių priklauso 2 kategorijos elektros energijos imtuvams.

Indukcinio ir dielektrinio šildymo krosnys ir įrenginiai skirstomi į lydymo krosnis ir kietinimo bei dielektrikų šildymo įrenginius

Metalo lydymas inercinėse krosnyse vyksta šiluma, susidarančia jame praeinant indukcinei srovei.

Lydymosi krosnys gaminamos su plienine šerdimi ir be jos. Šerdies krosnys naudojamos spalvotųjų metalų ir jų lydinių lydymui. Krosnys maitina pramonine 50 Hz dažnio srove, kurios įtampa 380 V ir aukštesnė, priklausomai nuo galios. Šerdies krosnys yra vienos, dviejų ir trifazių versijų, kurių galia iki 2000 kVA. Galios koeficientas svyruoja nuo 0,2-0,8 (aliuminio lydymo krosnyse cos(?) = 0,2 - 0,4, vario lydymui - 0,6-0,8). Begyslės krosnys naudojamos aukštos kokybės plieno, o rečiau – spalvotųjų metalų lydymui. Pramoninės krosnys be šerdies gali būti maitinamos pramonine 50 Hz dažnio srove iš 380 V ar aukštesnės įtampos tinklų ir 500-10 000 Hz aukšto dažnio srove iš tiristorių ar elektros mašinų keitiklių. Konverterių varomieji varikliai maitinami pramoninio dažnio srove.

Krosnys gaminamos iki 4500 kVA galios, jų galios koeficientas labai mažas: nuo 0,05 iki 0,25. Visos lydymosi krosnys priklauso 2 kategorijos elektros energijos imtuvams. Grūdinimo ir šildymo įrenginiai, priklausomai nuo paskirties, maitinami dažniais nuo 50 Hz iki šimtų kilohercų.

Maitinimas aukšto ir aukšto dažnio blokams gaminamas atitinkamai iš tiristorių arba induktorių tipo mašinų keitiklių ir vamzdžių generatorių. Šie įrenginiai priklauso 2 kategorijos elektros energijos imtuvams.

Įrenginiuose, skirtuose dielektrikams šildyti, šildoma medžiaga dedama į kondensatoriaus elektrinį lauką ir kaitinama dėl poslinkio srovių. Šios grupės įrenginiai plačiai naudojami medienos klijavimui ir džiovinimui, preso miltelių kaitinimui, plastikų litavimui ir suvirinimui, gaminių sterilizavimui ir kt. Maitinimas tiekiamas 20-40 MHz ir aukštesnio dažnio srove. Nepertraukiamo maitinimo požiūriu dielektrikų šildymo įrenginiai priklauso 2 kategorijos elektros energijos imtuvams.

Pagal šildymo būdą elektrinės lankinės krosnys skirstomos į tiesiogines ir netiesiogines. Tiesioginio veikimo krosnyse metalo kaitinimas ir lydymas vyksta šiluma, kurią sukuria elektros lankas, degantis tarp elektrodo ir išlydyto metalo. Tiesioginio lanko krosnys skirstomos į keletą tipų, būdingų plieno gamybai ir vakuuminiam.

Plieno lydymo krosnys maitinamos pramoninio dažnio 6-110 V srove per žeminamuosius transformatorius. Krosnys gaminamos trifazės, kurių galia iki 45 000 kVA vienam blokui. Galios koeficientas 0,85-0,9. Eksploatacijos metu įkrovos lydymosi metu lankinėse plieno lydymo krosnyse atsiranda dažni trumpieji jungimai (SC). viršija nominalią vertę 2,5-3,5 karto. Dėl trumpojo jungimo sumažėja įtampa pastočių magistralėse, o tai neigiamai veikia kitų elektros energijos imtuvų darbą. Atsižvelgiant į tai, bendras lankinių krosnių ir kitų vartotojų eksploatavimas iš bendros pastotės yra leistinas, jei, maitinant iš galingos elektros energijos sistemos, bendra krosnių galia neviršija 40% sumažintos pastotės galios, o maitinant iš mažos galios sistemos, 15-20 proc.

Vakuuminės lankinės krosnys gaminamos iki 2000 kW galios. Maitinimas tiekiamas nuolatine srove, kurios įtampa 30-40 V. Elektros energijos šaltiniais naudojami elektros mašinų keitikliai ir puslaidininkiniai lygintuvai, prijungti prie 50 Hz kintamosios srovės tinklo.

Metalo kaitinimas netiesioginėse krosnyse atliekamas šiluma, kurią sukuria elektros lankas, degantis tarp anglies elektrodai Variui ir jo lydiniams lydyti naudojamos netiesiogiai kaitinamos lankinės krosnys. Krosnių galia palyginti nedidelė (iki 500 kVA); energija tiekiama pramonine 50 Hz dažnio srove iš specialių krosnių transformatorių. Nepertraukiamo maitinimo požiūriu šios krosnys priklauso 1 kategorijos elektros energijos imtuvams, leidžiantiems trumpalaikius elektros energijos tiekimo sutrikimus.

Elektrines krosnis su mišriu šildymu galima suskirstyti į rūdines-termines krosnis ir elektros šlako perlydymo krosnis.

Rūdinėse-terminėse krosnyse medžiaga kaitinama šiluma, kuri išsiskiria, kai elektros srovė praeina per krūvį ir dega lankas. Krosnys naudojamos ferolydinių, korundo, ketaus, švino lydymui, fosforo sublimacijai, vario ir vario-nikelio matinės lydymui. Energija tiekiama pramonine dažnio srove per žeminamuosius transformatorius. Kai kurių krosnių galia labai didelė, iki 100 MVA (krosnis geltonajam fosforui sublimuoti). Galios koeficientas 0,85-0,92. Kalbant apie nepertraukiamą elektros energijos tiekimą, rūdos terminių procesų krosnys priklauso 2 kategorijos elektros energijos imtuvams.

Elektrošlako perlydymo krosnyse kaitinimas vyksta dėl šlake išsiskiriančios šilumos, kai per jį teka srovė. Šlakas ištirpsta elektros lanko šiluma. Perlydant elektrošlaku gaminamas aukštos kokybės plienas ir specialūs lydiniai. Krosnys maitinama pramonine 50 Hz dažnio srove per žeminamuosius transformatorius, dažniausiai iš 6-10 kV tinklų, kurių antrinė įtampa 45-60 V. Krosnys paprastai yra vienfazės, bet gali ir būti trifazis. Galios koeficientas 0,85-0,95. Elektros šlako perlydymo krosnys pagal elektros energijos tiekimo patikimumą priklauso 1 kategorijos elektros energijos imtuvams.

Tiekiant elektrą dirbtuvėms, kuriose yra visų tipų vakuuminės elektrinės krosnys, būtina atsižvelgti į tai, kad nutrūkus vakuuminių siurblių maitinimui, įvyksta avarijos ir brangių gaminių defektai. Šios krosnys turėtų būti priskirtos 1 kategorijos elektros energijos imtuvams.

Elektriniai suvirinimo įrenginiai

Kaip imtuvai skirstomi į įrenginius, veikiančius kintamąja ir nuolatine srove. Technologiškai suvirinimas skirstomas į lankinį ir kontaktinį suvirinimą, o pagal darbo atlikimo būdą – į rankinį ir automatinį.

Nuolatinės srovės elektrinio suvirinimo įrenginius sudaro kintamosios srovės variklis ir nuolatinės srovės suvirinimo generatorius. Naudojant tokią sistemą, suvirinimo apkrova kintamosios srovės tiekimo tinkle paskirstoma tolygiai per tris fazes, tačiau jos grafikas išlieka kintamas. Tokių įrenginių galios koeficientas nominaliomis eksploatavimo sąlygomis yra 0,7-0,8; tuščiąja eiga galios koeficientas sumažėja iki 0,4. Tarp nuolatinės srovės suvirinimo įrenginių taip pat yra lygintuvų.

Kintamosios srovės elektrinio suvirinimo įrenginiai veikia pramoniniu 50 Hz kintamosios srovės dažniu ir yra vienfazė apkrova lankinio suvirinimo ir varžinio suvirinimo aparatų suvirinimo transformatorių pavidalu. Suvirinant kintamąja srove, susidaro vienfazė apkrova su pertrūkiais, netolygi fazių apkrova ir, kaip taisyklė, mažas galios koeficientas (0,3–0,35 lanko ir 0,4–0,7 varžinio suvirinimo atveju). Suvirinimo įrenginiai maitinami iš tinklų, kurių įtampa yra 380-220 V. Suvirinimo transformatoriai statybos ir montavimo vietose pasižymi dažnu judėjimu tiekimo tinkle. Į šią aplinkybę reikia atsižvelgti projektuojant tiekimo tinklą. Energijos patikimumo požiūriu suvirinimo įrenginiai priklauso 2 kategorijos elektros energijos imtuvams.

Išvada

Automatikos pažanga leido sukurti nepertraukiamos metalurgijos gamyklos projektą, kuriame skirtingi procesai bus sujungti į vieno srauto sistemą. Pasirodo, aukštakrosnė vis dar užima pagrindinę vietą visame procese. Ar galima apsieiti be domeno?

Aukštakrosnių gamybos, arba, kaip vadinama, tiesioginės geležies gamybos, problema buvo sprendžiama daugelį dešimtmečių. Šia kryptimi padaryta didelė pažanga. Yra pagrindo manyti, kad aštuntajame dešimtmetyje pradės veikti gana didelės tiesioginės geležies redukcijos gamyklos, kurių paros našumas sieks 500 tonų, tačiau net ir tokiu atveju aukštakrosnių gamyba išliks savo pozicijas daugelį dešimtmečių.

Pavyzdžiui, šį procesą galima įsivaizduoti be domeno. Rotacinėse vamzdžių krosnyse geležies rūda paverčiama geležimi. Naudojant magnetus, geležies grūdeliai atskiriami nuo likusios masės – ir grynas produktas paruoštas tolesniam apdorojimui. Gatavus gaminius galima štampuoti iš geležies miltelių. Iš jo galima gaminti įvairių rūšių plieną, pridedant reikiamų priedų (legiravimo elementų).

Pradėjus eksploatuoti milžiniškas elektrines, sovietinė metalurgija gaus daug pigios elektros. Tai sudarys palankias sąlygas plėtoti elektrometalurginę gamybą ir dar plačiau naudoti elektros energiją visuose tolesniuose geležies lydinių apdirbimo etapuose.

Atominės fizikos sėkmė paskatino vadinamosios radiacinės metalurgijos idėją. Akademikas I. P. Bardinas (1883–1960) išsakė drąsią, beveik fantastišką idėją dėl ateities metalurgijos plėtros. „Manau, – sakė jis, – kad iš pradžių žmonės ims „konstruoti“ reikiamos sudėties legiruotąjį plieną naudodami radioaktyvųjį poveikį, nedėdami į juos retų ir brangių legiruojamųjų priedų, o kurdami juos tiesiai išlydyto plieno kaušelyje. Iš geležies atomų, galbūt, sieros ir fosforo, veikiant spindulių srautui, išlydytame metale įvyks tikslinės branduolinės transformacijos.

Ateities mokslininkų kartos turės dirbti spręsdamos šią ir kitas įdomias problemas. Juodoji metalurgija laukia naujų atradėjų.

Šiame rašinyje, mūsų nuomone, pasiekėme savo tikslą ir išnagrinėjome elektros perdavimą per atstumą bei jos panaudojimą kaip būtiną komponentą elektrinio plieno gamybos procese. Ir taip pat, mums atrodo, atlikome visas iškeltas užduotis, būtent: studijavome papildomą literatūrą, kuri mums padėjo rašant šį darbą; susipažino su naujais generatorių ir transformatorių tipais; atsižvelgė į elektros srovės kelią nuo jos gavimo iki pristatymo vartotojui; ir galiausiai mes ištyrėme fizikinius ir mechaninius procesus, vykstančius elektrinėje plieno krosnyje.

Bibliografija

1. Babich V.K., Lukashkin N.D., Morozov A.S ir kt./Metalurgijos gamybos pagrindai (geležies metalurgija). Vadovėlis vidurinėms profesinėms mokykloms - M.: Metalurgija, 1988. 272 ​​p.

Bargas I. G., Valkas H. Ya., Komarovas D. T.; Red. Barga I.G./0,4-20 kV elektros tinklų priežiūros tobulinimas Seldsko srityje - M.: Energetika, 1980. - 240 p., iliustr.

Bornatsky I. I., Blashchuk N. M., Yargin S. A., Strok V. I./Plataus profilio plieno gamintojo asistentas: Vadovėlis vidurinėms profesinėms mokykloms - M.: Metalurgija, 1986. 456 p.

Zubkovas B.V., Chumakovas S.V./Jaunųjų technikų enciklopedinis žodynas - M.: Pedagogika, 1980. - 512 p., iliustr.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B. / Fizika: vadovėlis. 10 klasei vid. mokykla - M.: Išsilavinimas, 1990. - 223 p.: iliustr.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B. / Fizika: vadovėlis. 10 klasei vid. mokykla - 9-asis leidimas, pataisytas. - M.: Išsilavinimas, 1987. - 319 p., 4 p. lig.: lig.

Chigrai I. D. Plieno keitiklio pagalbininkas. M.: Metalurgija, 1977. 304 p.

Elektros linijų tiesimo poreikis paaiškinamas tuo, kad elektros energija daugiausia gaminama didelėse elektrinėse, nutolusiose nuo vartotojų – santykinai mažuose imtuvuose, paskirstytuose didžiulėse teritorijose.

Elektrinės išdėstomos atsižvelgiant į daugelio veiksnių bendrą įtaką: energijos išteklių prieinamumą, jų rūšis ir atsargas; transportavimo galimybės; energijos vartojimo perspektyvas tam tikroje srityje ir pan. Elektros energijos perdavimas per atstumą suteikia daug privalumų, leidžiančių:

Naudoti nuotolinius energijos šaltinius;

Sumažinti generatorių bendrą rezervinę galią;

Naudoti laiko neatitikimą skirtingose ​​geografinėse platumose, kuriose nesutampa jose esančios didžiausios apkrovos;

Pilniau panaudoti hidroelektrinių galią;

Padidinti elektros energijos tiekimo vartotojams patikimumą ir kt.

Elektros linijos, skirtos elektros energijos paskirstymui tarp atskirų vartotojų tam tikroje teritorijoje ir elektros sistemoms prijungti, gali būti nutiestos tiek dideliais, tiek trumpais atstumais ir yra skirtos įvairaus dydžio galioms perduoti. Tolimųjų atstumų leidimams tai labai svarbu pralaidumas, ty didžiausia galia, kurią galima perduoti elektros linijomis, atsižvelgiant į visus ribojančius veiksnius.

Orinių kintamosios srovės elektros linijų atveju galima apytiksliai daryti prielaidą, kad didžiausia galia, kurią jos gali perduoti, yra maždaug proporcinga įtampos kvadratui ir atvirkščiai proporcinga perdavimo ilgiui. Konstrukcijos kaina taip pat gali būti labai apytiksliai proporcinga įtampos dydžiui. Todėl plėtojant elektros energijos perdavimą dideliais atstumais, pastebima tendencija didinti įtampą kaip pagrindinę pralaidumo didinimo priemonę. Nuo pirmųjų elektros linijų sukūrimo įtampa maždaug kas 10-15 metų padidėjo 1,5-2 kartus. Įtampos padidėjimas leido padidinti elektros linijų ilgį ir perduodamas galias. Taigi XX amžiaus 20-ajame dešimtmetyje elektra buvo perduodama maksimaliais atstumais – apie 100 km. Iki 1930-ųjų šie atstumai išaugo iki 400 km, o šeštajame dešimtmetyje elektros linijų ilgis siekė 1000-1200 km (pavyzdžiui, elektros perdavimo linija Volgogradas-Maskva).

Elektros linijų perdavimo pajėgumo didinimas daugiausia pasiekiamas didinant įtampą, tačiau būtina keisti ir elektros linijų konstrukciją bei diegti įvairius papildomus kompensacinius įrenginius, kuriuose sumažinama perduodamą galią ribojančių parametrų įtaka. Pavyzdžiui, elektros linijose, kurių įtampa yra 330 kV ir didesnė, kiekvienos fazės laidai suskaidomi į kelis tarpusavyje sujungtus laidininkus, o linijų parametrai žymiai patobulinti (sumažėja jo reaktyvumas); naudojamas vadinamasis serijinis kompensavimas - kondensatorių įtraukimas į liniją ir kt.

Galimybė toliau didinti maksimalią galią reikalauja didinti įtampą ir keisti elektros linijų konstrukciją. Jie siejami su bendra technikos pažanga, ypač su puslaidininkių technologijos pažanga, su pažangių medžiagų kūrimu ir su naujų energijos perdavimo rūšių kūrimu.

Tiesiant didelės maksimalios galios nuolatinės srovės elektros linijas, linijos pradžioje būtina atlikti tiesioginį kintamosios srovės konvertavimą į nuolatinę srovę, o linijos gale - atvirkštinį nuolatinės srovės konvertavimą į kintamąją srovę, dėl kurios atsiranda tam tikri techninių ir ekonominių sunkumų.

Egzistuoja esminė belaidžių elektros linijų galimybė naudoti elektromagnetines bangas arba aukšto dažnio virpesius, nukreiptus išilgai bangolaidžių. Tačiau praktinis šių elektros linijų diegimas pramonėje šiuo metu yra nepriimtinas dėl mažo jų efektyvumo.

Elektros energijai perduoti gali būti naudojamos superlaidžios linijos, kuriose galima žymiai sumažinti įtampą. Superlaidumui artimas efektas pasiekiamas giliai aušinant laidininkus. Šiuo atveju elektros linijos vadinamos kriogeninėmis. Šis klausimas turi istoriją. Dar 1911 metais olandų fizikas G. Kamerlinghas-Onnesas nustatė, kad gyvsidabrį atšaldžius iki žemesnės nei 4 K temperatūros, jo elektrinė varža visiškai išnyksta. Jis vėl pasirodo staiga, kai temperatūra pakyla virš kritinės vertės. Šis reiškinys buvo vadinamas superlaidumas.Žinoma, jei tokias medžiagas gautų energetikai, jais pakeistų įprastus laidininkus, elektros linijos be nuostolių tiektų energiją didžiuliais kiekiais itin dideliais atstumais. Būtų galima ženkliai padidinti galingų daug energijos suvartojančių prietaisų (elektromagnetų, transformatorių, elektros mašinų) efektyvumą, išvengti daugybės sunkumų, susijusių su perkaitimu, lydymu, dalių sunaikinimu.

Tačiau visa tai liko tik svajonėmis, nors dėl paties reiškinio abejonių nekilo. Buvo atrasta daug superlaidininkų. Periodinėje lentelėje jie pasirodė 28 elementai. Tačiau aukščiausia kritinė niobui temperatūra neviršijo 10 K. Todėl superlaidumo galimybes smarkiai apribojo itin žemą temperatūrą palaikančių įrenginių didelė kaina ir sudėtingumas. Molibdeno ir technecio lydiniai padidino kritinę temperatūrą iki 14 K. Be to, buvo galima gauti niobio, aliuminio ir germanio junginį, kurio kritinė temperatūra yra 21 K. Keliems šimtams šiandien žinomų superlaidžių medžiagų tai yra rekordinis skaičius.

Praktiniai tyrimai parodė, kad didėjant kritinei temperatūrai superlaidininkų skaičius mažėja. Kai kurie ekspertai netgi manė, kad iš itin žemos temperatūros nelaisvės bus neįmanoma pabėgti. Kai kur apie 25 K yra aukščiausia įmanoma kritinė temperatūra.

Eksperimentiškai atradę superlaidumą, teoriniai fizikai ilgą laiką bandė suvokti nesuvokiamo reiškinio esmę. Ir tik po pusės amžiaus, 1957 m., pasirodė pirmoji rimta superlaidumo teorija. Kiti sekė paskui. Jie nešė daug neįprastų dalykų. Taigi, pavyzdžiui, pagal sukurtą teoriją superlaidininko elektronai, prieštaraudami gerai žinomam Kulono įstatymui, kuris reikalauja, kad visos panašiai įkrautos dalelės atstumtų viena kitą, priešingai, traukia ir susijungia į poras. Pastebėta, kad superlaidininkais gali būti ne tik metalai ir lydiniai, bet ir... organinės medžiagos. Viena reikšmingiausių teorijos išvadų buvo tokia. Metalinis vandenilis dėl savo išskirtinių savybių- šviesos protonai išsidėstę kristalinės gardelės mazguose, jos superlaidumas gali būti santykinai aukštas, praktiškai priimtinas, tam tikros temperatūros 220 tūkst arba-53 0 C. Ir dar vienas dalykas: gali būti, kad medžiagos perkėlimo iš molekulinės fazės į atominę fazę procesas yra negrįžtamas. Pašalinus išorinį slėgį, vandenilis ilgą laiką gali neprarasti superlaidumo savybių. /

Dabar tapo aišku: norint turėti medžiagą, kuri normaliomis sąlygomis pasižymėtų superlaidžiomis savybėmis, būtina įvaldyti kelių šimtų kilopaskalių slėgio diapazoną. Pagal mūsų žmogiškuosius standartus šie dydžiai yra milžiniški. Juos galima palyginti tik su slėgiu Žemės centre (ten apie 300 kPa). Prieš tyrėjus atsivėrė kelias, vedantis į tikslą, nors net laboratorinio eksperimento metu dar nepavyko gauti tokio slėgio ir, žinoma, kieto vandenilio – superlaidininko normalioje temperatūroje.

Alternatyva elektros energijos perdavimui per atstumą naudojant kintamąją ir nuolatinę srovę iš šiluminių elektrinių vartotojams yra kuro transportavimas. Lyginamoji galimų energijos tiekimo vartotojams galimybių analizė rodo, kad kaloringas anglis (daugiau nei 4000 kcal/kg) dažniausiai patartina vežti geležinkeliu (jei tokia yra). Daugeliu atvejų, kai elektrinėse naudojamos gamtinės dujos ir nafta, pageidautina jas perduoti vamzdynais (1 pav.). Renkantis energijos perdavimo per atstumą būdą, būtina atsižvelgti į daugybę klausimų, tokių kaip elektros sistemos stiprinimas statant elektros perdavimą, elektros tiekimas, šalia linijų esantys vartotojai, apkrovos didinimas. geležinkeliai ir kt.

Analizuojant energetikos sistemų raidą daugelyje šalių, galima išskirti dvi pagrindines tendencijas:

1) elektrinių priartinimas prie vartojimo centrų tais atvejais, kai vieningos energetikos sistemos teritorijoje nėra pigių energijos šaltinių arba kai šaltiniai jau panaudoti;

2) elektrinių statyba prie pigių energijos šaltinių ir elektros perdavimo į jos vartojimo centrus.

Elektros perdavimo linijos, naftotiekiai ir dujotiekiai sudaro vieningą šalies energijos tiekimo sistemą. Elektros, naftos ir dujų tiekimo sistemos turi būti projektuojamos, statomos ir eksploatuojamos tam tikru deriniu tarpusavyje, formuojant Vieninga energetikos sistema.

1 pav. Įvairių energijos perdavimo per atstumą metodų charakteristikos: Z- numatomos išlaidos, l- atstumas; 1 - dviejų bėgių geležinkelis, 2 - dujotiekiai, 3 - naftotiekiai, 4 - energijos perdavimas iš stočių, veikiančių pigia anglimi

Elektros perdavimas per atstumą naudojant rezonansinę vieno laido sistemą pasižymi mažomis ekonominėmis sąnaudomis, palyginti su tradicinėmis technologijomis. Tuo pačiu metu laiduose praktiškai nėra nuostolių (šimtus kartų mažiau nei naudojant tradicinį elektros energijos perdavimo būdą). Kabelių klojimo kaina žymiai sumažėja – iki 10 kartų. Aplinkai ir žmonėms užtikrinamas aukštas elektros saugos lygis.

Apibūdinimas:

Viena iš aktualiausių šiuolaikinės energetikos problemų yra elektros energijos perdavimas dideliais atstumais mažomis ekonominėmis sąnaudomis ir energijos taupymo užtikrinimas.

Praktikoje, norint perduoti elektros energiją dideliais atstumais, paprastai naudojamos trifazės sistemos, kurioms įgyvendinti reikia naudoti ne mažiau kaip 4 laidai, kuris turi šiuos reikšmingus trūkumus:

– dideli elektros energijos nuostoliai laiduose, vadinamieji Džaulio nuostoliai,

– poreikis naudoti tarpines transformatorių pastotes energijos nuostoliams laiduose kompensuoti,

– nelaimingi atsitikimai dėl trumpojo laidų jungimo, įskaitant pavojingus oro reiškinius (stiprus vėjas, ledas ant laidų ir kt.),

– didelis suvartojimas spalvotieji metalai,

– didelės ekonominės trifazių elektros tinklų klojimo išlaidos (keli milijonai rublių už 1 km).

Aukščiau pastebėtus trūkumus galima pašalinti panaudojus rezonansinę vieno laido elektros energijos perdavimo sistemą, paremtą N. Teslos idėjomis, modifikuotą atsižvelgiant į šiuolaikinę mokslo ir technikos raidą. Šiuo metu yra sukurta rezonansinės vienlaidės elektros energijos perdavimo sistemos technologija.

Vieno laido rezonansinis bangolaidis elektros energijos perdavimo aukštesniu 1-100 kHz dažniu sistema nenaudoja aktyvios laidumo srovės uždaroje grandinėje. Rezonansinėje bangolaidinėje vienlaidėje linijoje nėra uždaros kilpos, nėra slenkančių srovės ir įtampos bangų, tačiau yra stovinčios (stacionarios) reaktyviosios talpinės srovės ir įtampos bangos, kurių fazinis poslinkis yra 90°. Be to, dėl aktyvios srovės nebuvimo ir srovės mazgo buvimo linijos tokioje linijoje nebereikia sukurti aukštos temperatūros laidumo režimo, o džaulio nuostoliai tampa nereikšmingi, nes linijoje nėra uždarų aktyvių laidumo srovių ir nereikšmingų atviros talpinės srovės verčių šalia stacionarių mazgų. srovės bangos linijoje.

Siūloma technologija pagrįsta dviejų rezonansinių grandinių, kurių dažnis 0,5-50 kHz, ir vieno laido linijos tarp grandinių (žr. 1 pav.), kurios linijos įtampa yra 1-100 kV, naudojimu, kai veikia įtampos rezonanso režimu.

Linijos laidas yra kreipiamasis kanalas, kuriuo juda elektromagnetinė energija. Elektromagnetinio lauko energija paskirstoma aplink dirigentas linijos.

Ryžiai. 1. Rezonansinės vienlaidės elektros perdavimo sistemos elektros schema

1 – aukšto dažnio generatorius; 2 – pakopinio transformatoriaus rezonansinė grandinė; 3 – vienlaidė linija; 4 – žeminančio transformatoriaus rezonansinė grandinė; 5 – lygintuvas; 6 – keitiklis.

Kaip rodo atlikti skaičiavimai ir eksperimentai, naudojant šį elektros energijos perdavimo būdą laiduose praktiškai nėra nuostolių (šimtus kartų mažesni nei tradiciniu elektros energijos perdavimo būdu) ir ši technologija yra saugi aplinkai ir žmogui.

Suderinti įprastą maitinimo sistemą su siūloma sistema, suderinimo įtaisus ir keitikliai, kurie montuojami vieno laido linijos pradžioje ir pabaigoje ir leidžia naudoti standartinę kintamosios arba nuolatinės srovės elektros įrangą įėjime ir išėjime.

Šiuo metu sukurta iki 100 kW galios elektros perdavimo technologija. Didesnės galios elektros energijai perduoti reikia naudoti padidintos galios ir patikimumo elektroninius prietaisus (tranzistorius, tiristorius, diodus ir kt.). Reikalingi papildomi tyrimai sprendžiant energijos tiekimo problemą objektams, vartojantiems elektros energiją, kurios galia viršija 100 kW.

Privalumai:

– elektros energija perduodama reaktyviąja talpine srove rezonansiniu režimu,

– neteisėtas energijos naudojimas yra sudėtingas,

– elektros linijų tiesimo sąnaudų mažinimas,

– galimybė oro elektros linijas pakeisti vienlaidėmis kabelių linijomis,

– žymiai sutaupoma spalvotųjų metalų, nes kabelio skerspjūvis yra 3-5 kartus mažesnis nei tradicinės trifazės elektros perdavimo sistemos skerspjūvis, aliuminio ir vario kiekis laiduose gali būti sumažintas 10 kartų,

– žymiai sumažintas linijų posūkio spindulys, o tai labai svarbu tiesiant kabelius miesto aplinkoje,

– žymiai (iki 10 kartų) sumažintos kabelių tiesimo išlaidos,

– nėra trumpojo jungimo tarp fazių,

– užtikrina aukštą elektros saugos lygį aplinkai ir žmonėms,

– elektros nuostoliai vieno laido linijoje yra nedideli,

– elektra gali būti perduodama dideliais ir itin dideliais atstumais,

– Vieno laido kabelyje negalimi trumpieji jungimai, o vieno laido kabelis negali sukelti gaisro,

- nereikia priežiūros,

– sumažinto magnetinio lauko buvimas,

- jokios įtakos oro sąlygoms,

– nesuardomas natūralus kraštovaizdis,

- pirmumo teisės trūkumas,

– Laiduose praktiškai nėra nuostolių (šimtus kartų mažiau nei naudojant tradicinį elektros energijos perdavimo būdą).

Kaip elektra perduodama dideliais atstumais?
perduodant elektros energiją dideliais atstumais jie naudojasi
bevielis elektros energijos perdavimas per atstumą
perduodant elektrą dideliais atstumais be laidų vaizdo
elektros perdavimas per atstumą istorijos pristatymas abstraktus pranešimas
elektros energijos nuostoliai perduodant dideliais atstumais
energijos perdavimo per atstumą transformatorių pristatymas
elektros perdavimo dideliais atstumais probleminių principų diagrama
elektros energijos gamyba ir perdavimas per atstumą
esė elektros perdavimo per atstumą tema
elektros perdavimo per atstumą būdų diagrama
transformatoriai, perduodantys elektros energiją per atstumą
elektros perdavimas per atstumą naudojant rezonansinę vieno laido sistemą be laidų transformatorių gamybos ir paskirstymo nuostoliai Tyumenenergosbyt paslaugų tarifai TNS Energy Vologdaenergosbyt vartotojams per asmeninę sąskaitą asmeninę sąskaitą aktas tinklas Krasnojarskenergosbyt per interneto linijas Krasnojarskenergosbyt energysbyt schema telefono fizika paslaugų teikimas organizavimo terminas

Paklausos veiksnys 458

Apklausos

Ar mūsų šaliai reikia industrializacijos?

• Taip, mums to reikia (90%, 2 486 balsai)
• Ne, nereikia (6%, 178 balsai)
• Nežinau (4%, 77 balsai)

Ieškoti technologijų

Rastos technologijos 1

Gali būti įdomu: