Vyrobená elektrina sa nedá skladovať, musí sa okamžite odovzdať spotrebiteľom. Keď bol vynájdený optimálny spôsob dopravy, začal sa prudký rozvoj elektroenergetiky.

Príbeh

Prvé generátory boli postavené vedľa spotrebiteľov energie. Boli nízkoenergetické a boli určené len na zásobovanie elektrickou energiou jednej budovy alebo mestského bloku. Potom však prišli na to, že je oveľa výhodnejšie stavať veľké stanice v oblastiach, kde sa koncentrujú zdroje. Ide o výkonné vodné elektrárne na riekach, veľké tepelné elektrárne vedľa uhoľných baní. To si vyžaduje prenos elektriny na diaľku.

Počiatočné pokusy o výstavbu prenosových vedení narážali na skutočnosť, že pri pripájaní generátora k napájacím prijímačom dlhým káblom bol výkon na konci prenosového vedenia značne znížený v dôsledku enormných tepelných strát. Bolo potrebné použiť káble s väčším prierezom, čo ich výrazne predražilo, prípadne zvýšiť napätie na zníženie prúdu.

Po pokusoch s prenosom jednosmerného a jednofázového striedavého prúdu pomocou vysokonapäťových vedení zostali straty príliš vysoké – na úrovni 75 %. A až keď Dolivo-Dobrovolsky vyvinul trojfázový prúdový systém, došlo k prelomu v prenose elektriny: dosiahli zníženie strát až o 20%.

Dôležité! V dnešnej dobe sa v drvivej väčšine elektrických vedení používa trojfázový striedavý prúd, aj keď sa vyvíjajú aj vedenia na jednosmerný prúd.

Schéma prenosu elektriny

V reťazci od výroby energie po jej príjem spotrebiteľmi je niekoľko článkov:

• generátor v elektrárni, ktorý vyrába elektrinu s napätím 6,3-24 kV (existujú samostatné jednotky s vyšším menovitým napätím);
• posilňovacie rozvodne (PS);
• veľmi diaľkové a hlavné vedenia na prenos energie s napätím 220-1150 kV;
• veľké rozvodne, ktoré znižujú napätie na 110 kV;
• 35-110 kV elektrické vedenia na prenos elektrickej energie do zásobovacích centier;
• ďalšie znižovacie rozvodne - napájacie centrá, kde dostávajú napätie 6-10 kV;
• rozvodné elektrické vedenia 6-10 kV;
• transformátorové body (TP), centrálne distribučné body, umiestnené v blízkosti spotrebiteľov, na zníženie napätia na 0,4 kV;
• nízkonapäťové vedenia pre zásobovanie domov a iných objektov.

Distribučné schémy

Elektrické vedenia sú nadzemné, káblové a káblové nadzemné. Na zvýšenie spoľahlivosti sa elektrická energia vo väčšine prípadov prenáša niekoľkými spôsobmi. To znamená, že k zberniciam rozvodne sú pripojené dve alebo viac liniek.

Existujú dve schémy distribúcie energie pre 6-10 kV:

1. Kmeň, kedy je 6-10 kV vedenie spoločné pre napájanie viacerých trafostaníc, ktoré môžu byť umiestnené po celej dĺžke. Ak je hlavné elektrické vedenie napájané z dvoch rôznych napájačov na oboch stranách, tento obvod sa nazýva kruhový obvod. Okrem toho je v normálnej prevádzke napájaný z jedného napájača a odpojený od druhého spínacími zariadeniami (vypínače, odpojovače);

1. Radiálne. V tejto schéme je všetka energia sústredená na konci elektrického vedenia, ktoré je určené na napájanie jedného spotrebiteľa.

Pre vedenia s napätím 35 kV a vyšším sa používajú tieto schémy:

1. Radiálny. Napájanie do rozvodne prichádza cez jednookruhové alebo dvojokruhové napájacie vedenie z jedného uzla rozvodne. Cenovo najvýhodnejšia schéma je s jedným riadkom, ale je veľmi nespoľahlivá. Vďaka dvojokruhovým elektrickým vedeniam sa vytvára záložné napájanie;
2. Prsteň. Zbernice rozvodní sú napájané najmenej dvoma elektrickými vedeniami z nezávislých zdrojov. V tomto prípade môžu byť na prívodných vedeniach odbočky (odbočovacie vedenia), ktoré idú do iných rozvodní. Celkový počet odbočovacích staníc by nemal byť väčší ako tri na jedno elektrické vedenie.

Dôležité! Kruhová sieť je napájaná najmenej dvoma uzlovými rozvodňami, ktoré sú spravidla umiestnené v značnej vzdialenosti od seba.

Transformátorové rozvodne

Transformátorové rozvodne spolu s elektrickými vedeniami sú hlavnou súčasťou energetického systému. Delia sa na:

1. Zvyšovanie. Nachádzajú sa v blízkosti elektrární. Hlavným vybavením sú výkonové transformátory, ktoré zvyšujú napätie;
2. Prechod na nižšiu verziu. Sú umiestnené v iných častiach elektrickej siete, ktoré sú bližšie k spotrebiteľom. Obsahuje znižovacie transformátory.

Existujú aj konvertorové rozvodne, ale nie sú to transformátorové. Používajú sa na premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd, ako aj na získanie prúdu inej frekvencie.

Hlavné vybavenie transformátorových staníc:

1. Rozvádzače vysokého a nízkeho napätia. Môže to byť otvorený typ (ORU), uzavretý typ (CLD) a úplný (KRU);
2. Výkonové transformátory;
3. Ovládací panel, reléová miestnosť, kde sú sústredené ochranné a automatické ovládacie zariadenia spínacích prístrojov, alarmov, meracích prístrojov a elektromerov. V rozvádzačoch môžu byť prítomné aj posledné dva typy zariadení, ako aj niektoré typy ochrany;

1. Pomocné zariadenia rozvodne, ktoré zahŕňa pomocné transformátory (TSN), znižujúce napätie z 6-10 na 0,4 kV, 0,4 kV prípojnice VN so spínacími zariadeniami, akumulátor, dobíjacie zariadenia. Z VN sú napájané istenie, osvetlenie trafostanice, kúrenie, dúchacie motory transformátora (chladenie) V trakčných železničných staniciach môžu mať pomocné transformátory primárne napätie 27,5 alebo 35 kV.
2. Rozvádzače obsahujú spínacie zariadenia pre transformátory, napájacie a vývodové vedenia a napájače 6-10 kV: odpojovače, spínače (vákuum, SF6, olej, vzduch). Napäťové transformátory (VT) a prúdové transformátory (CT) sa používajú na napájanie ochranných a meracích obvodov;
3. Zariadenia na ochranu pred prepätím: zvodiče, zvodiče prepätia (obmedzovače prepätia);
4. Reaktory obmedzujúce prúd a zhášacie oblúky, kondenzátorové banky a synchrónne kompenzátory.

Posledným článkom znižovacích rozvodní sú transformátorové body (TP, KTP-kompletné, MTP-stožiar). Sú to malé zariadenia obsahujúce 1, 2, zriedka 3 transformátory, niekedy znižujúce napätie z 35, častejšie zo 6-10 kV na 0,4 kV. Ističe sú inštalované na strane nízkeho napätia. Vychádzajú z nich linky, ktoré priamo distribuujú elektrickú energiu skutočným spotrebiteľom.

Kapacita elektrického vedenia

Pri prenose elektrickej energie je hlavným ukazovateľom priepustnosť elektrických vedení. Je charakterizovaná hodnotou činného výkonu prenášaného po vedení za normálnych prevádzkových podmienok. Priepustnosť závisí od napätia elektrického vedenia, jeho dĺžky, rozmerov prierezu a typu vedenia (CL alebo OHL). V tomto prípade prirodzený výkon, nezávislý od dĺžky elektrického vedenia, je činný výkon, ktorý je prenášaný po vedení s plnou kompenzáciou jalovej zložky. V praxi takéto podmienky nie je možné dosiahnuť.

Dôležité! Maximálny prenášaný výkon pre elektrické vedenia s napätím 110 kV a nižším je obmedzený iba ohrevom vodičov. Na vedeniach vyššieho napätia sa berie do úvahy aj statická stabilita elektrizačnej sústavy.

Niektoré hodnoty kapacity nadzemného vedenia pri účinnosti = 0,9:

• 110 kV: prirodzený výkon – 30 mW, maximálny – 50 mW;
• 220 kV: prirodzený výkon – 120-135 mW, maximálny – 350 mW pre stabilitu a 280 mW pre vykurovanie;
• 500 kV: prirodzený výkon – 900 mW, maximálny – 1350 mW pre stabilitu a 1740 mW pre vykurovanie.

Straty elektriny

Nie všetka elektrina vyrobená v elektrárni sa dostane k spotrebiteľovi. Straty elektriny môžu byť:

1. Technická. Spôsobené stratami v drôtoch, transformátoroch a iných zariadeniach v dôsledku zahrievania a iných fyzikálnych procesov;
2. nedokonalosť účtovného systému v energetických podnikoch;
3. Komerčný. Vznikajú v dôsledku odberu energie, okrem meracích zariadení, rozdielu medzi skutočne spotrebovaným výkonom a výkonom zaznamenaným elektromerom atď.

Technológie prenosu elektriny nezostávajú stáť. Vyvíja sa použitie supravodivých káblov, ktoré umožňujú znížiť straty takmer na nulu. Bezdrôtový prenos energie už nie je fantáziou pre dobíjanie mobilných zariadení. A v Južnej Kórei pracujú na vytvorení systému bezdrôtového prenosu energie pre elektrifikovanú dopravu.

Video

Ministerstvo všeobecného a odborného vzdelávania

Štátna vzdelávacia inštitúcia vedeckého a výrobného združenia regiónu Sverdlovsk

Odborné lýceum Nižný Tagil "Metallurg"

ABSTRAKT

Prenos elektriny na veľké vzdialenosti

Účinkujú: Bakhter Nikolay a Borisov Yaroslav

Vedúci: učiteľ fyziky Lyudmila Vladimirovna Reddikh

Nižný Tagil 2008

Úvod

Kapitola 1. Elektrický prúd

Kapitola 2. Výroba elektrickej energie

1 alternátor

2 MHD generátor

3 Plazmový generátor - plazmatron

Kapitola 3. Prenos elektriny

1 elektrické vedenie

2 Transformátor

Kapitola 4. Energia pre oceliarov

1 Výroba ocele v elektrických peciach

2 Typické prijímače elektrickej energie

Záver

Bibliografia

Úvod

Komplex elektrickej siete v regióne Sverdlovsk vrátane energetického uzla Nižný Tagil je na pokraji veľkých transformácií. Aby sa predišlo energetickej kríze na Strednom Urale, vláda regiónu Sverdlovsk vypracovala a prijala hlavné smery rozvoja elektroenergetiky na nasledujúcich desať rokov. Hovoríme predovšetkým o výstavbe novej generácie, teda elektrární, ktoré vyrábajú elektrickú energiu, a ďalšom rozvoji komplexu elektrickej siete - výstavbe a rekonštrukcii rozvodní, trafostaníc a elektrických vedení rôznych napätí. V minulom roku sme vypracovali a schválili dlhodobý investičný program do roku 2012 s uvedením konkrétnych elektroenergetických zariadení, ktoré sú predmetom rekonštrukcie a ktoré je potrebné vybudovať.

Až do roku 2001 nebol nedostatok energetických kapacít v regióne Tagil. Potom však po dlhých rokoch krízy išli naše priemyselné podniky do kopca, ako sa hovorí, začali sa aktívne rozvíjať stredné a malé podniky a výrazne sa zvýšila spotreba elektriny. Dnes je deficit energetickej kapacity v Nižnom Tagile viac ako 51 megawattov. Toto sú... takmer dve podšívky. Porovnanie s Liningom je však podmienené. V skutočnosti je problém nedostatku energetických kapacít v súčasnosti najrelevantnejší pre centrálnu časť Nižného Tagilu. Pred štyridsiatimi rokmi vybudovaná rozvodňa Krásny Kameň, od ktorej vlastne závisí energetické zásobovanie centra mesta, je už dávno morálne aj fyzicky zastaraná a funguje na hranici svojich možností. Novým spotrebiteľom, žiaľ, musí byť odmietnuté pripojenie k sieti.

Nižný Tagil potrebuje novú rozvodňu - rozvodňu Prirechnaya s napätím 110/35/6 kV. Podľa predbežných odhadov bude výška kapitálových investícií do výstavby Prirechnaya asi 300 miliónov rubľov. Investičný program Sverdlovenergo pre Nižný Tagil zahŕňa aj rekonštrukciu rozvodne Sojuznaya, výstavbu rozvodne Altajskaja na Vagónke a spínací bod Demidovskij v oblasti Galjanki, čím sa radikálne zlepší energetický systém zásobovania mesta ako celku. Hlavnou udalosťou tohto roka je rozvodňa Staratel, do rekonštrukcie ktorej Sverdlovenergo investovalo 60 miliónov rubľov. Ďalšou, taktiež významnou udalosťou v roku 2007 bolo uvedenie nového, v poradí už druhého transformátora do prevádzky v rozvodni Galyanka.

Začala sa výstavba elektrického vedenia Černoistočinsk - Belogorye s napätím 110 kV a celkovou dĺžkou takmer 18 kilometrov. Toto zariadenie je tiež zahrnuté v investičnom programe Sverdlovenergo. Uvedenie nového vedenia vysokého napätia do prevádzky umožní spoľahlivejšie zásobovanie energiou nielen lyžiarskeho areálu Belaya Mountain, ale aj celého priľahlého územia - dedín Uralets, Visim, Visimo-Utkinsk a iné osady. Poviem viac: projekt Belogorye tiež zabezpečuje výstavbu novej rozvodne Belogorye v obci Uralets a rekonštrukciu celého sieťového komplexu Uralets, čo je najmenej 20 kilometrov sietí s napätím 0,4-6 kV .

Pre účely našej eseje sme sa rozhodli nastoliť problematiku prenosu elektriny nielen na diaľku, ale aj jej využitia ako nevyhnutného komponentu pri výrobe ocele, keďže naša profesia je s týmto elektrooceliarskym procesom neoddeliteľne spojená.

Na dosiahnutie tohto cieľa sme sa rozhodli stanoviť si niekoľko dôležitých úloh: 1) preštudovať si ďalšiu literatúru týkajúcu sa prenosu elektriny a elektrometalurgie; 2) zoznámiť sa s novými typmi generátorov a transformátorov; 3) zvážiť elektrický prúd od jeho prijatia po dodanie spotrebiteľovi; 4) zvážiť fyzikálne a mechanické procesy výroby ocele v elektrických peciach.

Ľudia spočiatku nevedeli používať oceľ a na výrobu rôznych nástrojov používali materiály pôvodného pôvodu (meď, zlato a meteoritové železo). Ľudským potrebám však tieto metódy nestačili. Ľudia často hľadali možnosť získať kov z rudy nájdenej na povrchu zeme.

A tak na prelome druhého a prvého tisícročia pred Kristom vznikla prvá etapa hutníctva. Ľudstvo prešlo k priamemu získavaniu železa z rudy jeho redukciou v primitívnych kováčskych dielňach. Keďže sa v tomto procese používalo „surové“ fúkanie (nie ohriaty vzduch), metóda sa nazývala surové fúkanie.

Druhá etapa výroby ocele (storočia XIV-XVIII) sa vyznačovala zdokonalením kováčskych dielní a zvýšením objemu pecí na vyfukovanie syra. Vzhľad vodného kolesa a jeho využitie na pohon kováčskych mechov umožnilo zintenzívniť výbuch, zvýšiť teplotu v ohnisku pece a urýchliť vznik chemických reakcií.

Treťou etapou bol vývoj pokročilejšej a produktívnejšej metódy výroby nízkouhlíkového železa v stave podobnom cesta – takzvaný puddlovací proces – proces premeny liatiny na železo na dne ohnivého dozvuku (pudling ) pec.

Štvrtá etapa (koniec 19. a polovica 20. storočia) je charakteristická zavedením do výroby štyroch spôsobov výroby ocele - Bessemer, Thomas, otvorený kúrenisko, konvertor a elektroocele, o ktorých by sme, mimochodom, chceli hovoriť asi v našom abstrakte, ako príklad využitia elektriny pomocníkom oceliara .

Kapitola 1. Elektrický prúd

Spojme žiarovku s elektrickou batériou s drôtmi. Drôty a vlákno žiarovky tvorili uzavretú slučku - elektrický obvod. V tomto obvode preteká elektrický prúd, ktorý ohrieva vlákno žiarovky, kým sa nerozžiari. Čo je elektrický prúd? Toto je riadený pohyb nabitých častíc.

V batérii dochádza k chemickým reakciám, v dôsledku ktorých sa elektróny - častice hmoty s najmenším nábojom - hromadia na svorke označenej znamienkom „-“ (mínus). Kov, z ktorého sú vyrobené drôty a vlákno žiarovky, pozostáva z atómov, ktoré tvoria kryštálovú mriežku. Elektróny môžu voľne prechádzať cez túto mriežku. Tok elektrónov cez vodiče (tzv. látky, ktoré prenášajú elektrický prúd) z jednej svorky batérie na druhú je elektrický prúd. Čím viac elektrónov prechádza vodičom, tým väčšia je sila elektrického prúdu. Prúd sa meria v ampéroch (A). Ak vodičom preteká prúd 1 A, potom každú sekundu preletí prierezom vodiča 6,24 * 1018 elektrónov. Tento počet elektrónov nesie náboj 1 C (coulomb).

Elektrický prúd v obvode tvorenom drôtmi, vláknom žiarovky a batériou možno prirovnať k toku kvapaliny pohybujúcej sa cez vodovodné potrubie. Spojovacie vodiče sú úseky potrubia s veľkým prierezom, vlákno žiarovky je tenká trubica a batéria je čerpadlo, ktoré vytvára tlak. Čím väčší je tlak, tým väčší je prietok tekutiny. Batéria v elektrickom obvode vytvára napätie (tlak). Čím vyššie je napätie, tým väčší je prúd v obvode. Napätie sa meria vo voltoch (V). na to, aby cez žiarovku baterky prešiel prúd, ktorý by rozžiaril jej vlákno, je potrebné napätie 3-4 V Elektrická energia sa dodáva do bytov s napätím 127 alebo 220 V a cez elektrické vedenie (elektrické vedenie) prúd sa prenáša pri napätí stoviek kilovoltov (kV). Elektrická energia uvoľnená za 1 s (výkon) sa rovná súčinu prúdu a napätia. Výkon pri prúde 1 A a napätí 1 V sa rovná 1 wattu (W).

Nie všetky látky voľne prechádzajú elektrickým prúdom, napríklad sklo, porcelán, guma takmer neumožňujú prechod elektrického prúdu. Takéto látky sa nazývajú izolanty alebo dielektriká. Vodiče sú izolované gumou, izolátory pre vysokonapäťové vedenia sú vyrobené zo skla a porcelánu. Avšak aj kovy odolávajú elektrickému prúdu. Keď sa elektróny pohybujú, „odtláčajú“ atómy, ktoré tvoria kov, čo spôsobuje, že sa pohybujú rýchlejšie - zahrievajú vodič. Ohrievanie vodičov elektrickým prúdom ako prvé skúmali ruský vedec E. H. Lenz a anglický fyzik D. Joule. Vlastnosť elektrického prúdu na tepelné vodiče je široko používaná v technológii. Elektrický prúd ohrieva vlákna elektrických lámp a elektrických vykurovacích zariadení a taví oceľ v elektrických peciach.

V roku 1820 dánsky fyzik G.-H. Oersted zistil, že v blízkosti vodiča prenášajúceho prúd sa magnetická strelka odchyľuje. Tak bola objavená pozoruhodná vlastnosť elektrického prúdu vytvárať magnetické pole. Tento jav podrobne skúmal francúzsky vedec A. Ampere. Zistil, že dva paralelné drôty, ktorými prúdi prúd v rovnakom smere, sa navzájom priťahujú, a ak sú smery prúdov opačné, drôty sa odpudzujú. Ampere vysvetlil tento jav interakciou magnetických polí, ktoré vytvárajú prúdy. Vplyv interakcie vodičov s prúdovými a magnetickými poľami sa využíva v elektromotoroch, elektrických relé a mnohých elektrických meracích prístrojoch.

Ďalšiu vlastnosť elektrického prúdu možno zistiť prechodom prúdu cez elektrolyt – roztok soli, kyseliny alebo zásady. V elektrolytoch sú molekuly látky rozdelené na ióny - častice molekúl s kladným alebo záporným nábojom. Prúd v elektrolyte je pohyb iónov. Na prechod prúdu cez elektrolyt sa do neho spustia dve kovové platne pripojené k zdroju prúdu. Kladné ióny sa pohybujú smerom k elektróde pripojenej k zápornému pólu. Na elektródach sa vytvárajú ióny. Tento proces sa nazýva elektrolýza. Pomocou elektrolýzy je možné izolovať čisté kovy od solí, chrómu a niklu rôznych predmetov, vykonávať najzložitejšie spracovanie výrobkov, ktoré nie je možné vykonať na jednoduchých kovoobrábacích strojoch, a separovať vodu na jej zložky - vodík a kyslík.

V elektrolýznych kúpeľoch, v žiarovke pripojenej k batérii baterky, prúd tečie stále jedným smerom a sila prúdu sa nemení. Tento prúd sa nazýva jednosmerný prúd. V technike sa však častejšie používa striedavý prúd, ktorého smer a sila sa periodicky mení. Čas úplného cyklu zmeny smeru prúdu sa nazýva perióda a počet periód za 1 s je frekvencia striedavého prúdu. Priemyselný prúd, ktorý poháňa stroje, osvetľuje ulice a byty, sa mení s frekvenciou 50 periód za 1 s. Striedavý prúd možno jednoducho transformovať – jeho napätie je možné zvyšovať a znižovať pomocou transformátorov.

S vynálezom telegrafu a telefónu sa na prenos informácií použil elektrický prúd. Najprv sa cez drôty prenášali dlhé a krátke impulzy jednosmerného prúdu, ktoré zodpovedali bodkám a pomlčkám Morseovej abecedy. Takéto prúdové impulzy alebo pulzujúci prúd, ale so zložitejším systémom kódovania informácií, sa používajú v moderných elektronických počítačoch (počítačoch) na prenos čísel, príkazov a slov z jedného strojového zariadenia do druhého.

Na prenos informácií možno použiť aj striedavý prúd. Informácie sa môžu prenášať striedavým prúdom tak, že sa určitým spôsobom mení amplitúda oscilácií prúdu. Toto kódovanie informácií sa nazýva amplitúdová modulácia (AM). Je tiež možné meniť frekvenciu kmitov striedavého prúdu tak, aby určitá informácia zodpovedala určitej zmene frekvencie. Toto kódovanie sa nazýva frekvenčná modulácia (FM). Rádiové prijímače majú kanály AM a FM, ktoré „dešifrujú“ – menia sa na zvuk – amplitúdovo alebo frekvenčne modulované oscilácie rádiových vĺn prijímaných anténou.

V súčasnosti nachádza elektrický prúd uplatnenie vo všetkých sférach ľudskej činnosti. Pohon obrábacích strojov a strojov, automatické monitorovacie a riadiace systémy, početné zariadenia vo výskumných laboratóriách a domáce spotrebiče sú nemysliteľné bez použitia elektrického prúdu. Moderný telefón a telegraf, rádio a televízia, elektronické počítače od vreckových kalkulačiek až po stroje, ktoré riadia lety kozmických lodí – to všetko sú zariadenia založené na najzložitejších obvodoch elektrického prúdu.

Kapitola 2. Výroba elektrickej energie

.1 Alternátor

Elektrická energia má oproti všetkým ostatným typom energie nepopierateľné výhody. Dá sa prenášať po drôte na veľké vzdialenosti s relatívne nízkymi stratami a pohodlne distribuovať medzi spotrebiteľov. Hlavná vec je, že túto energiu možno pomocou pomerne jednoduchých zariadení ľahko premeniť na akékoľvek iné formy: mechanickú, vnútornú (ohrievanie telies), svetelnú energiu atď.

Striedavý prúd má oproti jednosmernému prúdu tú výhodu, že napätie a prúd možno premieňať (transformovať) vo veľmi širokom rozsahu takmer bez straty energie. Takéto transformácie sú potrebné v mnohých elektrických a rádiotechnických zariadeniach. Ale obzvlášť veľká potreba transformácie napätia a prúdu vzniká pri prenose elektriny na veľké vzdialenosti.

Elektrický prúd sa vytvára v generátoroch - zariadeniach, ktoré premieňajú energiu jedného alebo druhého druhu na elektrickú energiu. Medzi generátory patria galvanické články, elektrostatické stroje, termočlánky, solárne panely atď. Skúmajú sa možnosti vytvárania zásadne nových typov generátorov. Vyvíjajú sa napríklad takzvané palivové energie, pri ktorých sa energia uvoľnená v dôsledku reakcie vodíka s kyslíkom priamo premieňa na elektrickú energiu. Prebiehajú úspešné práce na vytvorení magnetohydrodynamických generátorov (MHD generátory). V generátoroch MHD sa mechanická energia prúdu horúceho ionizovaného plynu (plazmy) pohybujúceho sa v magnetickom poli priamo premieňa na elektrickú energiu.

Rozsah použitia každého z uvedených typov generátorov elektriny je určený ich charakteristikami. Elektrostatické stroje teda vytvárajú vysoký potenciálový rozdiel, ale nie sú schopné vytvárať žiadny významný prúd v obvode. Galvanické články môžu produkovať veľký prúd, ale ich pôsobenie nie je dlhé.

Prevládajúcu úlohu v našej dobe zohrávajú elektromechanické indukčné generátory striedavého prúdu. V týchto generátoroch sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu. Ich pôsobenie je založené na fenoméne elektromagnetickej indukcie. Takéto generátory majú pomerne jednoduchú konštrukciu a umožňujú získať veľké prúdy pri dostatočne vysokom napätí.

V budúcnosti, keď hovoríme o generátoroch, budeme mať na mysli indukčné elektromechanické generátory.

V súčasnosti existuje veľa rôznych typov indukčných generátorov. Všetky však pozostávajú z rovnakých základných častí. Ide po prvé o elektromagnet alebo permanentný magnet, ktorý vytvára magnetické pole, a po druhé o vinutie, v ktorom je indukované striedavé EMF (v uvažovanom modeli generátora ide o rotačný rám). Pretože EMF indukované v sériovo zapojených závitoch sa sčítavajú, amplitúda indukovaného EMF v ráme je úmerná počtu závitov v ňom. Je tiež úmerná amplitúde striedavého magnetického toku Фm = BS cez každý závit.

Na získanie veľkého magnetického toku používajú generátory špeciálny magnetický systém pozostávajúci z dvoch jadier vyrobených z elektrickej ocele. Vinutia, ktoré vytvárajú magnetické pole, sú umiestnené v štrbinách jedného z jadier a vinutia, v ktorých je indukované EMF, sú v štrbinách druhého. Jedno z jadier (zvyčajne vnútorné) sa spolu so svojim vinutím otáča okolo horizontálnej alebo vertikálnej osi. Preto sa nazýva rotor (alebo kotva). Stacionárne jadro s jeho vinutím sa nazýva stator (alebo induktor). Medzera medzi jadrami statora a rotora je čo najmenšia. To zaisťuje najvyššiu hodnotu magnetického indukčného toku.

V modeli generátora znázornenom na obrázku 19 sa otáča drôtený rám, čo je rotor (hoci bez železného jadra). Magnetické pole je vytvárané stacionárnym permanentným magnetom. Samozrejme, dalo by sa to urobiť aj opačne – otočiť magnetom a nechať rám bez pohybu.

Vo veľkých priemyselných generátoroch je to elektromagnet, ktorý je rotorom, ktorý sa otáča, zatiaľ čo vinutia, v ktorých sa indukuje EMF, sú umiestnené v drážkach statora a zostávajú nehybné. Faktom je, že prúd musí byť privádzaný do rotora alebo odvádzaný z vinutia rotora do vonkajšieho obvodu pomocou posuvných kontaktov. Na tento účel je rotor vybavený zbernými krúžkami pripevnenými na koncoch jeho vinutia. Pevné dosky - kefy - sú pritlačené na krúžky a spájajú vinutie rotora s vonkajším obvodom. Intenzita prúdu vo vinutiach elektromagnetu, ktorý vytvára magnetické pole, je výrazne menšia ako sila prúdu, ktorú generátor dodáva vonkajšiemu obvodu. Preto je vhodnejšie odoberať generovaný prúd zo stacionárnych vinutí a cez posuvné kontakty privádzať do rotujúceho elektromagnetu relatívne slabý prúd. Tento prúd je generovaný samostatným DC generátorom (budičom) umiestneným na tej istej hriadeli.

V generátoroch s nízkym výkonom je magnetické pole vytvárané rotujúcim permanentným magnetom. V tomto prípade nie sú krúžky a kefy vôbec potrebné.

Vzhľad EMF v stacionárnych statorových vinutiach je vysvetlený výskytom vírivého elektrického poľa v nich, generovaného zmenou magnetického toku, keď sa rotor otáča.

Ak sa plochý rám otáča v rovnomernom magnetickom poli, potom sa perióda generovaného emf rovná perióde otáčania rámu. To nie je vždy výhodné. Napríklad na získanie striedavého prúdu s frekvenciou 50 Hz musí rám urobiť 50 ot/s v rovnomernom magnetickom poli, t.j. 3000 ot./min Rovnaká rýchlosť otáčania bude potrebná v prípade otáčania dvojpólového permanentného magnetu alebo dvojpólového elektromagnetu. Perióda zmeny magnetického toku prenikajúceho do závitov vinutia statora by sa mala skutočne rovnať 1/50 s. Aby sa to dosiahlo, každý z pólov rotora musí prejsť otáčkami 50-krát za sekundu. Rýchlosť otáčania je možné znížiť, ak ako rotor použijete elektromagnet s 2, 3, 4... pármi pólov. Potom bude perióda generovaného prúdu zodpovedať času potrebnému na otočenie rotora o 1/2, 1/3, 1/4 ... zlomky kruhu. V dôsledku toho sa rotor môže otáčať 2, 3, 4... krát pomalšie. To je dôležité, keď je generátor poháňaný nízkootáčkovými motormi, ako sú hydraulické turbíny. Rotory generátorov vodnej elektrárne Uglich na Volge teda robia 62,5 ot./min. a majú 48 párov pólov.

2,2 MHD generátor

Základom modernej energetiky sú tepelné elektrárne (CHP). Prevádzka tepelných elektrární je založená na premene tepelnej energie uvoľnenej pri spaľovaní organického paliva najprv na mechanickú energiu otáčania hriadeľa parnej alebo plynovej turbíny a následne pomocou elektrického generátora na elektrickú energiu. . V dôsledku tejto dvojitej premeny sa plytvá veľa energie – uvoľňuje sa ako teplo do ovzdušia, minie sa na vykurovacie zariadenia atď.

Je možné znížiť tieto mimovoľné energetické výdavky, skrátiť proces premeny energie a odstrániť medzistupne premeny energie? Ukazuje sa, že je to možné. Jednou z elektrární, ktorá premieňa energiu pohybujúcej sa elektricky vodivej kvapaliny alebo plynu priamo na elektrickú energiu, je magnetohydrodynamický generátor alebo skrátene MHD generátor.

Rovnako ako v konvenčných elektrických generátoroch je generátor MHD založený na fenoméne elektromagnetickej indukcie: elektrický prúd vzniká vo vodiči, ktorý prechádza cez magnetické siločiary. V generátore MHD je takýmto vodičom takzvaná pracovná tekutina - kvapalina, plyn alebo tekutý kov s vysokou elektrickou vodivosťou. Generátory MHD zvyčajne používajú horúci ionizovaný plyn alebo plazmu. Pri pohybe plazmy cez magnetické pole v nej vznikajú opačne smerujúce toky nosičov náboja - voľných elektrónov a kladných iónov.

Generátor MHD pozostáva z kanála, cez ktorý sa pohybuje plazma, elektromagnetu na vytvorenie magnetického poľa a elektród, ktoré potláčajú nosiče náboja. V dôsledku toho vzniká potenciálny rozdiel medzi opačne umiestnenými elektródami, čo spôsobuje elektrický prúd vo vonkajšom obvode, ktorý je k nim pripojený. Generátor MHD teda premieňa energiu pohybujúcej sa plazmy priamo na elektrickú energiu bez akýchkoľvek prechodných transformácií.

Hlavnou výhodou MHD generátora v porovnaní s bežnými elektromagnetickými generátormi je absencia pohyblivých mechanických komponentov a častí, ako napríklad v turbo alebo vodíkovom generátore. Táto okolnosť umožňuje výrazne zvýšiť počiatočnú teplotu pracovnej tekutiny a tým aj účinnosť generátora.

Prvý experimentálny generátor MHD s výkonom iba 11,5 kW bol vyrobený v roku 1959 v USA. V roku 1965 bol v ZSSR skúmaný prvý sovietsky generátor MHD a v roku 1971 bol spustený pilotný závod - akási elektráreň s generátorom MHD s výkonom 25 MW. Takéto elektrárne je možné využiť napríklad ako záložné alebo núdzové zdroje elektrickej energie, ale aj ako zdroje energie pre zariadenia, ktoré vyžadujú značnú spotrebu elektrickej energie v krátkom čase.

2.3 Plazmový generátor - plazmatron

Ak sa pevná látka príliš zahreje, zmení sa na kvapalinu. Ak zvýšite teplotu ešte vyššie, kvapalina sa vyparí a zmení sa na plyn.

Čo sa však stane, ak budete teplotu naďalej zvyšovať? Atómy látky začnú strácať svoje elektróny a premenia sa na kladné ióny. Namiesto plynu vzniká plynná zmes pozostávajúca z voľne sa pohybujúcich elektrónov, iónov a neutrálnych atómov. Volá sa to plazma.

V súčasnosti sa plazma široko používa v rôznych oblastiach vedy a techniky: na tepelné spracovanie kovov, nanášanie rôznych povlakov na ne, tavenie a iné metalurgické operácie. V poslednej dobe je plazma široko používaná chemikmi. Zistili, že v plazmovom prúde sa výrazne zvyšuje rýchlosť a účinnosť mnohých chemických reakcií. Napríklad zavedením metánu do prúdu vodíkovej plazmy sa môže premeniť na veľmi cenný acetylén. Alebo umiestniť olejové pary na množstvo organických zlúčenín – etylén, propylén a iné, ktoré následne slúžia ako dôležité suroviny na výrobu rôznych polymérnych materiálov.

Schéma plazmového generátora - plazmatrónu

Plazmový prúd;

Oblúkový výboj;

Plynové vírivé kanály;

Žiaruvzdorná kovová katóda;

Plyn tvoriaci plazmu;

Držiak elektród;

Vypúšťacia komora;

solenoid;

Medená anóda.

Ako vytvoriť plazmu? Na tento účel sa používa plazmatron alebo plazmový generátor.

Ak umiestnite kovové elektródy do nádoby obsahujúcej plyn a privediete na ne vysoké napätie, dôjde k elektrickému výboju. V plyne sú vždy voľné elektróny. Vplyvom elektrického prúdu sa zrýchľujú a pri zrážke s neutrálnymi atómami plynu z nich vyrážajú elektróny a vytvárajú elektricky nabité častice - ióny, t.j. ionizovať atómy. Uvoľnené elektróny sú tiež urýchľované elektrickým poľom a ionizujú nové atómy, čím sa ďalej zvyšuje počet voľných elektrónov a iónov. Proces sa vyvíja ako lavína, atómy látky sa veľmi rýchlo ionizujú a látka sa mení na plazmu.

Tento proces prebieha v oblúkovom plazmatróne. Medzi katódou a anódou v ňom vzniká vysoké napätie, čo môže byť napríklad kov, ktorý je potrebné spracovať pomocou plazmy. Do priestoru výbojovej komory sa privádza plazmotvorná látka, najčastejšie plyn - vzduch, dusík, argón, vodík, metán, kyslík a pod. Pod vplyvom vysokého napätia dochádza v plyne k výboju a medzi katódou a anódou sa vytvára plazmový oblúk. Aby sa zabránilo prehriatiu stien výtlačnej komory, sú chladené vodou. Zariadenia tohto typu sa nazývajú plazmové horáky s vonkajším plazmovým oblúkom. Používajú sa na rezanie, zváranie, tavenie kovov atď.

Plazmový horák je navrhnutý trochu inak, aby vytvoril plazmový prúd. Plyn tvoriaci plazmu je fúkaný vysokou rýchlosťou cez systém špirálových kanálov a „zapaľuje sa“ v priestore medzi katódou a stenami výbojovej komory, ktoré sú anódou. Plazma, stočená do hustého lúča vďaka špirálovým kanálom, je vystreľovaná z dýzy a jej rýchlosť môže dosahovať od 1 do 10 000 m/s. Magnetické pole vytvorené induktorom pomáha „vytláčať“ plazmu zo stien komory a zahusťovať jej prúd. Teplota plazmového prúdu na výstupe z dýzy je od 3000 do 25000 K.

Pozrite sa bližšie na tento výkres. Pripomína vám to niečo známe?

Samozrejme, ide o prúdový motor. Ťažná sila v prúdovom motore je vytváraná prúdom horúcich plynov vystreľovaných vysokou rýchlosťou z dýzy. Čím vyššia rýchlosť, tým väčšia ťažná sila. Čo je horšie na plazme? Rýchlosť prúdnice je celkom vhodná - do 10 km/s. A pomocou špeciálnych elektrických polí možno plazmu ešte viac urýchliť – až na 100 km/s. To je približne 100-násobok rýchlosti plynov v existujúcich prúdových motoroch. To znamená, že ťah plazmových alebo elektrických prúdových motorov môže byť väčší a spotreba paliva môže byť výrazne znížená. Vo vesmíre už boli testované prvé vzorky plazmových motorov.

Kapitola 3. Prenos elektriny

.1 Elektrické vedenia

Elektrická energia sa priaznivo líši od všetkých druhov energie tým, že jej silné toky môžu byť prenášané takmer okamžite na tisíce kilometrov. „Kanály“ energetických riek sú vedenia na prenos energie (PTL) - hlavné spojenia energetických systémov.

V súčasnosti sa budujú dva typy elektrických vedení: nadzemné, ktoré vedú prúd cez drôty nad zemským povrchom, a podzemné, ktoré prenášajú prúd cez silové káble uložené spravidla v podzemných výkopoch.

Elektrické vedenia pozostávajú z podpier - betónu alebo kovu, na ramenách ktorých sú pripevnené girlandy z porcelánu alebo sklenených izolátorov. Medené, hliníkové alebo oceľovo-hliníkové drôty sú natiahnuté medzi podperami a zavesené na izolátoroch. Vedenie prenosu energie podporuje krok cez púšte a tajgu, stúpanie vysoko do hôr, prechádzanie riek a horských roklín.

Vzduch slúži ako izolátor medzi drôtmi. Preto čím vyššie je napätie, tým väčšia by mala byť vzdialenosť medzi drôtmi. Elektrické vedenia prechádzajú aj cez polia, v blízkosti obývaných oblastí. Preto musia byť drôty zavesené vo výške, ktorá je bezpečná pre ľudí. Vlastnosti vzduchu ako izolantu závisia od klimatických a meteorologických podmienok. Stavitelia elektrického vedenia musia brať do úvahy silu prevládajúcich vetrov, rozdiely v letných a zimných teplotách a mnohé ďalšie. Preto si výstavba každého nového vedenia na prenos energie vyžaduje serióznu prácu geodetov najlepšej trasy, vedecký výskum, modelovanie, zložité inžinierske výpočty a dokonca aj vysokú zručnosť staviteľov.

V pláne GOERLO bolo zabezpečené súčasné vytváranie výkonných elektrární a elektrických sietí. Pri prenose elektriny cez drôty na diaľku sú energetické straty nevyhnutné, pretože pri prechode elektrického prúdu cez drôty dochádza k ich ohrievaniu. Preto je prenos nízkonapäťového prúdu 127 - 220 V, ktorý vstupuje do našich bytov, na vzdialenosť viac ako 2 km nerentabilný. Aby sa znížili straty vo vodičoch, napätie elektrického prúdu sa zvyšuje v elektrických rozvodniach pred privedením do vedenia. S nárastom výkonu elektrární a rozširovaním území pokrytých elektrifikáciou sa striedavé napätie na prenosových vedeniach neustále zvyšuje na 220, 380, 500 a 750 kV. Na prepojenie energetických systémov Sibíri, severného Kazachstanu a Uralu bolo vybudované vedenie na prenos energie 1150 kV. V žiadnej krajine na svete nie sú takéto vedenia: výška podpier je až 45 m (výška 15-poschodovej budovy), vzdialenosť medzi drôtmi každej z troch fáz je 23 m.

Drôty vysokého napätia sú však životu nebezpečné a nie je možné ich zaviesť do domov, tovární a tovární. To je dôvod, prečo sa pred prenosom elektriny spotrebiteľovi zníži vysokonapäťový prúd v znižovacích rozvodniach.

Prenosový obvod striedavého prúdu je nasledujúci. Nízkonapäťový prúd generovaný generátorom je privádzaný do transformátora zvyšovacej rozvodne, premenený na vysokonapäťový prúd, potom pozdĺž elektrického vedenia ide do miesta spotreby energie, tu je transformovaný transformátorom na nízke napätie. prúdu a potom ide k spotrebiteľom.

Naša krajina je zakladateľom iného typu elektrického vedenia - vedenia jednosmerného prúdu. Je výhodnejšie prenášať jednosmerný prúd cez elektrické vedenia ako striedavý prúd, pretože ak dĺžka vedenia presiahne 1,5 - 2 000 km, straty elektriny pri prenose jednosmerného prúdu budú menšie. Pred zavedením prúdu do spotrebiteľských domov sa premení späť na striedavý prúd.

Na zavedenie vysokonapäťového prúdu do miest a jeho distribúciu do elektrických znižovacích rozvodní sú káblové elektrické vedenia položené pod zemou. Odborníci sa domnievajú, že v budúcnosti nadzemné elektrické vedenia vo všeobecnosti ustúpia káblovým vedeniam. Nadzemné vedenie má nevýhodu: okolo vysokonapäťových drôtov sa vytvára elektrické pole, ktoré prevyšuje magnetické pole Zeme. A to má nepriaznivý vplyv na ľudský organizmus. To môže predstavovať ešte väčšie nebezpečenstvo v budúcnosti, keď sa napätie a prúd prenášaný po elektrických vedeniach ešte zvýši. Už teraz, aby sa predišlo nežiaducim následkom, je potrebné okolo elektrických vedení vytvoriť „pravosť jazdy“, kde je zakázané čokoľvek stavať.

Testovalo sa káblové vedenie simulujúce budúce supravodivé elektrické vedenia. Vo vnútri kovovej rúrky pokrytej niekoľkými vrstvami najpokročilejšej tepelnej izolácie je medené jadro pozostávajúce z mnohých vodičov, z ktorých každý je pokrytý filmom z nióbu. Vo vnútri potrubia sa udržiava skutočný kozmický chlad – teplota 4,2 K. Pri tejto teplote nedochádza k strate elektriny vplyvom odporu.

Na prenos elektriny vedci vyvinuli plynom plnené linky (GIL). GIL je kovová rúrka plnená plynom - fluoridom sírovým. Tento plyn je výborným izolantom. Výpočty ukazujú, že pri zvýšenom tlaku plynu je možné prenášať elektrický prúd s napätím až 500 kV cez drôty uložené vo vnútri potrubia.

Káblové elektrické vedenia položené pod zemou ušetria najmä vo veľkých mestách státisíce hektárov vzácnej pôdy.

Ako sme už povedali, takýto prenos elektriny je spojený s citeľnými stratami. Faktom je, že elektrický prúd ohrieva vodiče elektrického vedenia. V súlade so zákonom Joule-Lenz je energia vynaložená na ohrev drôtov vedenia určená vzorcom

Q = I 2Rt

kde R je odpor vedenia. Ak je dĺžka vedenia veľmi dlhá, prenos energie sa môže stať ekonomicky nerentabilným. Je prakticky veľmi ťažké výrazne znížiť odpor vedenia. Preto je potrebné znížiť prúdovú silu.

Keďže prúdový výkon je úmerný súčinu prúdu a napätia, na udržanie prenášaného výkonu je potrebné zvýšiť napätie v prenosovom vedení. Navyše, čím dlhšia je prenosová linka, tým výhodnejšie je použiť vyššie napätie. Vo vysokonapäťovom prenosovom vedení Volzhskaya HPP - Moskva sa teda používa napätie 500 kV. Medzitým sú generátory striedavého prúdu postavené pre napätie nepresahujúce 16-20 kV. Vyššie napätie by si vyžadovalo zložité špeciálne opatrenia na izoláciu vinutí a iných častí generátorov.

Preto sa vo veľkých elektrárňach inštalujú stupňovité transformátory. Transformátor zvyšuje napätie vo vedení o rovnakú hodnotu, ako znižuje prúd.

Na priame využitie elektriny v motoroch obrábacích strojov, v osvetľovacej sieti a na iné účely je potrebné znížiť napätie na koncoch vedenia. To je dosiahnuté pomocou transformátorov na zníženie.

Zvyčajne sa zníženie napätia, a teda zvýšenie prúdu, uskutočňuje v niekoľkých fázach. V každej fáze sa napätie znižuje a územie pokryté elektrickou sieťou sa rozširuje (obr. 4).

Keď je napätie veľmi vysoké, medzi drôtmi začína korónový výboj, čo vedie k strate energie. Prípustná amplitúda striedavého napätia musí byť taká, aby pre danú plochu prierezu drôtu boli straty energie v dôsledku korónového výboja zanedbateľné.

Elektrické elektrárne v mnohých regiónoch krajiny sú prepojené vysokonapäťovými prenosovými vedeniami, ktoré tvoria spoločnú elektrickú sieť, ku ktorej sú pripojení spotrebitelia. Táto kombinácia, nazývaná energetický systém, umožňuje vyrovnať „špičkovú“ spotrebu energie v ranných a večerných hodinách. Napájací systém zabezpečuje neprerušovanú dodávku energie spotrebiteľom bez ohľadu na ich umiestnenie. Teraz je takmer celé územie krajiny zásobované elektrinou jednotnými energetickými systémami.

Strata 1% elektriny za deň pre našu krajinu prináša stratu asi pol milióna rubľov.

3.2 Transformátor

Striedavý prúd sa priaznivo líši od jednosmerného prúdu v tom, že jeho silu možno pomerne ľahko meniť. Zariadenia, ktoré premieňajú striedavý prúd jedného napätia na striedavý prúd iného napätia, sa nazývajú elektrické transformátory (z latinského slova „transformo“ - „transformujem sa“). Transformátor vynašiel ruský elektrotechnik P. N. Yablochkin v roku 1876.

Transformátor pozostáva z niekoľkých cievok (vinutí) navinutých na ráme s izolovaným drôtom, ktoré sú umiestnené na jadre z tenkých špeciálnych oceľových plátov.

Striedavý elektrický prúd pretekajúci cez jedno z vinutí, nazývané primárne, vytvára okolo seba a v jadre striedavé magnetické pole, ktoré križuje závity druhého sekundárneho vinutia transformátora a budí v ňom striedavú elektromotorickú silu. Na svorky sekundárneho vinutia stačí pripojiť žiarovku a vo výslednom uzavretom okruhu bude prúdiť striedavý prúd. Elektrická energia sa teda prenáša z jedného vinutia transformátora na druhé bez ich priameho spojenia, iba vďaka striedavému magnetickému poľu spájajúcemu vinutia.

Ak majú obe vinutia rôzny počet závitov, potom sa v sekundárnom vinutí bude indukovať rovnaké napätie ako v primárnom. Napríklad, ak použijete striedavý prúd 220 V na primárne vinutie transformátora, potom sa v sekundárnom vinutí objaví prúd 220 V Ak sú vinutia odlišné, napätie v sekundárnom vinutí nebude rovnaké na napätie privádzané do primárneho vinutia. V stupňovitom transformátore, t.j. v transformátore, ktorý zvyšuje napätie elektrického prúdu, sekundárne vinutie obsahuje viac závitov ako primárne, preto je napätie na ňom väčšie ako na primárnom. Naopak, v znižovacom transformátore sekundárne vinutie obsahuje menej závitov ako primárne, a preto je na ňom menšie napätie.

Transformátory sú široko používané v priemysle a každodennom živote. Výkonové elektrické transformátory umožňujú prenášať striedavý prúd pozdĺž elektrického vedenia na veľké vzdialenosti s nízkymi energetickými stratami. Na tento účel sa napätie striedavého prúdu generované generátormi elektrárne pomocou transformátorov zvýši na napätie niekoľko stoviek tisíc voltov a posiela sa pozdĺž elektrického vedenia v rôznych smeroch. V mieste spotreby energie, mnoho kilometrov od elektrárne, je toto napätie redukované transformátormi.

Počas prevádzky sú výkonné transformátory veľmi horúce. Aby sa znížilo zahrievanie jadra a vinutia, transformátory sú umiestnené v špeciálnych nádržiach s minerálnym olejom. Elektrický transformátor vybavený takýmto chladiacim systémom má veľmi pôsobivé rozmery: jeho výška dosahuje niekoľko metrov a jeho hmotnosť je stovky ton. Okrem takýchto transformátorov existujú aj trpasličí transformátory, ktoré fungujú v rádiách, televízoroch, magnetofónoch a telefónoch. Pomocou takýchto transformátorov sa získa niekoľko napätí, ktoré napájajú rôzne obvody zariadenia, prenášajú signály z jedného elektrického obvodu do druhého, z kaskády do kaskády a oddeľujú elektrické obvody.

Ako sme si už povedali, transformátor pozostáva z uzavretého oceľového jadra, na ktorom sú umiestnené dve (niekedy aj viac) cievky s drôtovými vinutiami (obr. 5). Jedno z vinutí, nazývané primárne vinutie, je pripojené k zdroju striedavého napätia. Druhé vinutie, ku ktorému je pripojená „záťaž“, t.j. spotrebiče a zariadenia, ktoré spotrebúvajú elektrickú energiu, sa nazývajú sekundárne. Konštrukčná schéma transformátora s dvoma vinutiami je znázornená na obrázku 6.

Činnosť transformátora je založená na fenoméne elektromagnetickej indukcie. Pri prechode striedavého prúdu cez primárne vinutie sa v jadre objaví striedavý magnetický tok, ktorý v každom vinutí vybudí indukované emf. Jadro z transformátorovej ocele koncentruje magnetické pole, takže magnetický tok existuje takmer výlučne vo vnútri jadra a je rovnaký vo všetkých jeho sekciách.

Okamžitá hodnota indukovaného emf e v ľubovoľnom závite primárneho alebo sekundárneho vinutia je rovnaká. Podľa Faradayovho zákona sa určuje podľa vzorca

e = - Ф,

kde Ф je derivácia magnetického indukčného toku vzhľadom na čas. Ak

F=F m čos hm

teda

e = wФ m sinwt,

e = E m sinwt,

kde E m = wФ m - amplitúda EMF v jednej otáčke.

Ak je na konce sekundárneho vinutia pripojený obvod, ktorý spotrebúva elektrickú energiu, alebo, ako sa hovorí, je zaťažený transformátor, prúd v sekundárnom vinutí už nebude nulový. Výsledný prúd by mal podľa Lenzovho pravidla znižovať zmeny magnetického poľa v jadre.

Ale zníženie amplitúdy oscilácií výsledného magnetického toku by malo naopak znížiť indukované emf v primárnom vinutí. To je však nemožné, keďže podľa u 1~e 1. preto, keď je obvod sekundárneho vinutia uzavretý, prúd v primárnom vinutí sa automaticky zvyšuje. Jeho amplitúda sa zvyšuje tak, aby sa obnovila predchádzajúca hodnota amplitúdy kmitov výsledného magnetického toku.

K zvýšeniu prúdovej sily v obvode primárneho vinutia dochádza v súlade so zákonom zachovania energie: uvoľnenie elektriny do obvodu pripojeného k sekundárnemu vinutiu transformátora je sprevádzané spotrebou rovnakej energie zo siete sieťou. primárne vinutie. Výkon v primárnom okruhu pri zaťažení transformátora blízkom menovitému sa približne rovná výkonu v sekundárnom okruhu: U 1ja 1~U 2ja 2.

To znamená, že niekoľkonásobným zvýšením napätia pomocou transformátora znížime prúd o rovnakú hodnotu (a naopak).

V moderných výkonných transformátoroch celkové straty energie nepresahujú 2-3%.

Aby bol prenos elektrickej energie ekonomicky rentabilný, je potrebné, aby tepelné straty drôtov boli čo najmenšie. To sa dosiahne prenosom elektriny na veľké vzdialenosti pod vysokým napätím. Faktom je, že keď sa napätie zvyšuje, rovnaká energia sa môže prenášať pri nižšej intenzite prúdu, čo vedie k zníženiu zahrievania drôtov, a tým k zníženiu energetických strát. V praxi sa pri prenose energie používajú napätia 110, 220, 380, 500, 750 a 1150 kV. Čím dlhšie je elektrické vedenie, tým vyššie napätie používa.

Generátory striedavého prúdu produkujú napätie niekoľko kilovoltov. Konverzia generátorov na vyššie napätie je náročná - v týchto prípadoch by bola potrebná obzvlášť vysoká kvalita izolácie všetkých častí generátora pod prúdom. Preto pri prenose energie na veľké vzdialenosti je potrebné zvýšiť napätie pomocou transformátorov inštalovaných na zvyšovacích rozvodniach.

Schéma prevádzky elektrických rozvodní: stupňovanie, menič (trakčné), znižovanie.

Transformované vysoké napätie sa prenáša cez elektrické vedenie do miesta spotreby. Ale spotrebiteľ nepotrebuje vysoké napätie. Je potrebné ho znížiť. To sa dosiahne v zostupných rozvodniach.

Znižovacie rozvodne sa delia na okresné, hlavné znižovacie a miestne rozvodne. Okresné prijímajú elektrinu priamo z vysokonapäťových vedení, znižujú napätie a odovzdávajú ho do hlavných znižovacích rozvodní, kde sa napätie zníži na 6,10 alebo 35 kV. Z hlavných rozvodní sa elektrina dodáva do miestnych, kde sa napätie znižuje na 500, 380, 220 V a distribuuje sa do priemyselných podnikov a obytných budov.

Niekedy sa za zvyšovacou rozvodňou nachádza aj meničová rozvodňa, kde sa striedavý elektrický prúd mení na jednosmerný. Tu prebieha súčasná náprava. Jednosmerný prúd sa prenáša cez elektrické vedenie na veľké vzdialenosti. Na konci vedenia v tej istej rozvodni sa opäť mení (invertuje) na striedavý prúd, ktorý sa dodáva do hlavných znižovacích rozvodní. Na napájanie elektrifikovaných dopravných a priemyselných zariadení jednosmerným prúdom sú vedľa hlavných znižovacích a lokálnych rozvodní vybudované meniarne (v doprave sa nazývajú trakčné).

generátor transformátora elektrického prúdu

Kapitola 4. Energia pre oceliarov

.1 Výroba ocele v elektrických peciach

Elektrická pec je jednotka, v ktorej sa teplo získané premenou elektrickej energie na tepelnú energiu prenáša na tavený materiál. Podľa spôsobu premeny elektrickej energie na teplo sú elektrické pece rozdelené do nasledujúcich skupín:

) oblúk, v ktorom sa elektrina premieňa na teplo v oblúku;

) odporové pece, v ktorých sa teplo vytvára v špeciálnych prvkoch alebo surovinách v dôsledku prechodu elektrického prúdu cez ne;

) kombinované, pracujúce súčasne ako oblúkové a odporové pece (rudo-tepelné pece);

) indukcia, pri ktorej sa kov zahrieva vírivými prúdmi v ňom vybudenými elektromagnetickou indukciou;

) elektrónový lúč, v ktorom sa pomocou elektrického prúdu vo vákuu vytvára prísne usmernený tok elektrónov, ktoré bombardujú a roztavia východiskové materiály;

) plazma, v ktorej sa zahrievanie a tavenie kovu uskutočňuje nízkoteplotnou plazmou.

V elektrickej peci je možné vyrábať legovanú oceľ s nízkym obsahom síry a fosforu, nekovové inklúzie, pričom strata legujúcich prvkov je oveľa menšia. V procese elektrického tavenia je možné presne regulovať teplotu kovu a jeho zloženie a taviť zliatiny takmer akéhokoľvek zloženia.

Elektrické pece majú oproti iným oceliarskym agregátom značné výhody, preto sa vysokolegované nástrojové zliatiny, nehrdzavejúce zliatiny s guľôčkovými ložiskami, žiaruvzdorné a žiaruvzdorné ocele, ako aj mnohé konštrukčné ocele tavia iba v týchto peciach. Výkonné elektrické pece sa úspešne používajú na výrobu nízkolegovaných a vysokouhlíkových ocelí s otvoreným ohniskom. Okrem toho sa v elektrických peciach vyrábajú rôzne ferozliatiny, čo sú zliatiny železa s prvkami, ktoré sa musia z ocele odstrániť kvôli legovaniu a deoxidácii.

Stavba elektrických oblúkových pecí.

Prvá elektrická oblúková pec v Rusku bola inštalovaná v roku 1910 v závode Obukhov. V priebehu rokov päťročných plánov boli postavené stovky rôznych pecí. Kapacita najväčšej pece v ZSSR je 200 ton Pec pozostáva z valcového železného plášťa s guľovým dnom. Vnútro puzdra má ohňovzdornú podšívku. Taviaci priestor pece je krytý odnímateľnou strechou.

Rúra má pracovné okienko a výstup s odtokovým žľabom. Pec je napájaná trojfázovým striedavým prúdom. Ohrev a tavenie kovu sa vykonáva pomocou silných elektrických oblúkov horiacich medzi koncami troch elektród a kovom v peci. Pec spočíva na dvoch nosných sektoroch, ktoré sa odvaľujú pozdĺž rámu. Naklonenie pece smerom k výstupu a pracovnému okienku sa vykonáva pomocou ozubeného mechanizmu. Pred naložením pece sa oblúk zavesený na reťaziach zdvihne k portálu, následne sa portál s oblúkom a elektródami otočí smerom k odtokovému žľabu a pec sa zaťaží vaňou.

Mechanické vybavenie oblúkovej pece.

Plášť pece musí odolať zaťaženiu hmotou žiaruvzdorných materiálov a kovu. Vyrába sa zo zváraného plechu s hrúbkou 16-50 mm v závislosti od veľkosti pece. Tvar plášťa určuje profil pracovného priestoru elektrickej oblúkovej pece. Najbežnejším typom plášťa, ktorý sa v súčasnosti používa, je kužeľový plášť. Spodná časť plášťa má tvar valca, vrchná časť je kužeľovitá s predĺžením smerom hore. Tento tvar plášťa uľahčuje plnenie pece žiaruvzdorným materiálom, šikmé steny zvyšujú trvanlivosť muriva, pretože je umiestnené ďalej od elektrických oblúkov. Používajú sa aj valcové plášte s vodou chladenými panelmi. Pre zachovanie správneho valcového tvaru je plášť vystužený rebrami a výstužnými krúžkami. Dno pažnice je zvyčajne guľovité, čo zaisťuje najväčšiu pevnosť pažnice a minimálnu hmotnosť muriva. Dno je vyrobené z nemagnetickej ocele pre inštaláciu elektromagnetického miešacieho zariadenia pod pec.

Horná časť pece je pokrytá klenbou. Klenba je montovaná zo žiaruvzdorných tehál v kovovom vodou chladenom klenbovom prstenci, ktorý odoláva tlačným silám oblúkovej guľovej klenby V spodnej časti prstenca je výstupok - nôž, ktorý zapadá do pieskového tesnenia plášť pece. V murive klenby sú ponechané tri otvory pre elektródy. Priemer otvorov je väčší ako priemer elektródy, takže pri tavení do medzery prúdia horúce plyny, ktoré ničia elektródu a odvádzajú teplo z pece. Aby sa tomu zabránilo, sú na klenbe inštalované chladničky alebo ekonomizéry, ktoré slúžia na utesnenie otvorov elektród a chladenie muriva klenby. Plynovo-dynamické ekonomizéry zabezpečujú utesnenie pomocou vzduchovej clony okolo elektródy. Strecha má tiež otvor na nasávanie prašných plynov a otvor pre kyslíkovú dýzu.

Na nakladanie vsádzky do malokapacitnej pece a nakladanie legovacích a tavidiel do veľkých pecí, pecí na sťahovanie trosky, kontrolu, plnenie a opravu pece slúži nakladacie okno orámované liatym rámom. Vodidlá sú pripevnené k rámu, po ktorom sa tlmič posúva. Klapka je obložená žiaruvzdornými tehlami. Na zdvihnutie klapky sa používa pneumatický, hydraulický alebo elektromechanický pohon.

Na opačnej strane má plášť okno na uvoľnenie ocele z pece. K oknu je privarený odtokový žľab. Otvor na uvoľnenie ocele môže byť okrúhly s priemerom 120-150 mm alebo štvorcový s priemerom 150 x 250 mm. Odtokový žľab má žľabový prierez a je privarený k plášťu pod uhlom 10-12° k horizontále. Vnútro žľabu je vymurované šamotovými tehlami, jeho dĺžka je 1-2 m.

Držiaky elektród sa používajú na privádzanie prúdu do elektród a na upnutie elektród. Hlavy držiakov elektród sú vyrobené z bronzu alebo ocele a sú chladené vodou, pretože sú veľmi horúce ako od tepla z pece, tak aj od kontaktných prúdov. Držiak elektródy by mal elektródu pevne upnúť a mal by mať nízky prechodový odpor. V súčasnosti je najbežnejší pružinovo-pneumatický držiak elektród. Elektróda sa upína pomocou pevného krúžku a upínacej dosky, ktorá je pritlačená k elektróde pružinou. Doska sa stlačí z elektródy a pružina sa stlačí pomocou stlačeného vzduchu. Držiak elektródy je namontovaný na kovovej objímke - konzole, ktorá je pripevnená k pohyblivému stojanu v tvare L do jednej tuhej konštrukcie. Stĺpik sa môže pohybovať nahor alebo nadol vo vnútri pevnej krabice. Tri pevné stĺpiky sú pevne spojené do jednej spoločnej konštrukcie, ktorá spočíva na plošine podpernej kolísky pece.

Pohyb pohyblivých teleskopických regálov sa uskutočňuje buď pomocou systému káblov a protizávaží poháňaných elektromotormi, alebo pomocou hydraulických zariadení. Mechanizmy na pohyb elektród by mali zabezpečiť rýchle zdvihnutie elektród v prípade kolapsu náplne počas procesu tavenia, ako aj hladké spúšťanie elektród, aby sa zabránilo ich ponoreniu do kovu alebo nárazom na neroztavené kusy poplatok. Rýchlosť zdvíhania elektród je 2,5-6,0 m/min, rýchlosť spúšťania je 1,0-2,0 m/min.

Mechanizmus sklápania pece by mal plynulo nakláňať pec smerom k výstupu pod uhlom 40-45° na uvoľnenie ocele a pod uhlom 10-15 stupňov smerom k pracovnému okienku na vypúšťanie trosky. Rám pece alebo kolíska, na ktorej je teleso inštalované, spočíva na dvoch až štyroch nosných sektoroch, ktoré sa odvaľujú po horizontálnych vodidlách. Sektory majú otvory a vodidlá majú zuby, ktoré zabraňujú skĺznutiu sektorov pri naklonení rúry. Naklápanie pece sa vykonáva pomocou hrebeňového a prevodového mechanizmu alebo hydraulického pohonu. Dva valce sú namontované na pevných základových podperách a tyče sú kĺbovo spojené s nosnými sektormi kolísky pece.

Systém nakladania pece je dostupný v dvoch typoch: cez plniace okienko pomocou nakladacieho stroja muldoza a cez vrch pomocou vedra. Nakladanie cez okno sa používa len na malých rúrach. Pri zaťažení pece zhora v jednom alebo dvoch krokoch po dobu 5 minút sa obloženie ochladzuje menej a skracuje sa čas tavenia; spotreba energie je znížená; Objem pece sa využíva efektívnejšie. Na naloženie pece sa strecha zdvihne 150-200 mm nad plášť pece a spolu s elektródami sa otočí nabok, čím sa úplne otvorí pracovný priestor pece na vloženie vane so vsádzkou. Strecha pece je zavesená na ráme. Je spojená s pevnými stojanmi držiakov elektród do jednej tuhej konštrukcie, spočívajúcej na otočnej konzole, ktorá je uložená na nosnom ložisku. Veľké pece majú otočnú vežu, v ktorej sú sústredené všetky mechanizmy na otáčanie strechy. Veža sa otáča okolo závesu na valčekoch pozdĺž oblúkovej koľajnice.

Vaňa je oceľový valec, ktorého priemer je menší ako priemer pracovného priestoru pece. V spodnej časti valca sú pohyblivé flexibilné sektory, ktorých konce sú stiahnuté k sebe cez krúžky pomocou kábla. Váženie a nakladanie vsádzky sa vykonáva na vsádzkovom dvore taviarne elektrickej pece. Vaňa sa prepraví do dielne na vozíku, zdvihne sa pomocou žeriavu a spustí sa do pece.

Pomocou pomocného zdvíhania žeriavu sa kábel vytiahne z očiek sektorov a pri zdvíhaní vane sa sektory otvoria, vsádzka sa vysype do pece v poradí, v akom bola umiestnená v vaňa. Keď sa ako vsádzka používajú metalizované pelety, nakladanie sa môže vykonávať nepretržite cez potrubie, ktoré prechádza do otvoru v streche pece. Elektródy pri tavení vyrežú v náboji tri jamky, na dne ktorých sa hromadí tekutý kov. Pre urýchlenie tavenia sú pece vybavené otočným zariadením, ktoré otáča telo jedným alebo druhým smerom pod uhlom 80°. V tomto prípade elektródy vyrežú deväť jamiek v náboji. Ak chcete telo otočiť, zdvihnite oblúk, zdvihnite elektródy nad úroveň nabitia a otočte telo pomocou ozubeného venca pripevneného k telu a ozubených kolies. Teleso pece spočíva na valčekoch.

Čistenie výfukových plynov.

Moderné veľké oblúkové pece na tavenie ocele vypúšťajú počas prevádzky do atmosféry veľké množstvo prašných plynov. Ďalej k tomu prispieva použitie kyslíka a práškových materiálov.

Obsah prachu v plynoch elektrických oblúkových pecí dosahuje 10 g/m^3 a výrazne prekračuje normu. Na zachytávanie prachu sa plyny odsávajú z pracovného priestoru pecí pomocou výkonného ventilátora. Na tento účel sa v streche pece vytvorí štvrtý otvor s potrubím na nasávanie plynu. Potrubie sa pripája k stacionárnemu potrubiu cez medzeru, ktorá umožňuje nakláňanie alebo otáčanie rúry. Počas cesty sa plyny riedia vzduchom potrebným na dodatočné spaľovanie CO. Plyny sú potom ochladzované vodnými lúčmi vo výmenníku tepla a smerované do systému Venturiho trubíc, kde je prach zadržiavaný zvlhčovaním. Používajú sa aj látkové filtre, dezintegrátory a elektrické odlučovače. Používajú sa systémy čistenia plynov, ktoré zahŕňajú celú dielňu elektrických pecí s inštaláciou odsávačov dymu pod strechou predajne nad elektrickými pecami.

Obloženie pece.

Väčšina oblúkových pecí má hlavnú výstelku pozostávajúcu z materiálov na báze MgO. Obloženie pece vytvára kovový kúpeľ a zohráva úlohu tepelne izolačnej vrstvy, ktorá znižuje tepelné straty. Hlavnými časťami obloženia sú dno pece, steny a strecha. Teplota v oblasti elektrických oblúkov dosahuje niekoľko tisíc stupňov. Hoci je výmurovka pece oddelená od oblúkov, musí stále odolávať teplotám do 1700°C. V tomto ohľade musia mať materiály použité na obloženie vysokú požiarnu odolnosť, mechanickú pevnosť, tepelnú a chemickú odolnosť. Ohnisko pece na tavenie ocele sa montuje v nasledujúcom poradí. Plechový azbest je položený na oceľový plášť, na azbestovú vrstvu práškového šamotu, dve vrstvy šamotových tehál a základnú vrstvu z magnezitových tehál. Na dno magnezitovej tehly je naplnená pracovná vrstva magnezitového prášku so živicou a smolou, produktom rafinácie ropy. Hrúbka potlačenej vrstvy je 200 mm. Celková hrúbka ohniska sa približne rovná hĺbke vane a pri veľkých peciach môže dosiahnuť 1 m. Steny pece sa vyskladajú po vhodnom uložení azbestových a šamotových tehál z veľkorozmerných nepálených magnezit-chromitových tehál dĺžky až 430 mm. Stenové murivo je možné murovať z tehál v železných kazetách, ktoré zabezpečujú zváranie tehál do jedného monolitického bloku. Trvanlivosť stien dosahuje 100-150 tavenín. Trvanlivosť ohniska je jeden až dva roky. Obloženie strechy pece funguje v ťažkých podmienkach. Odoláva veľkému tepelnému zaťaženiu horiacimi oblúkmi a teplu odrážanému troskou. Klenby veľkých pecí sú z magnezit-chromitových tehál. Pri stavbe klenby sa používajú normálne a tvarované tehly. V priereze má klenba tvar oblúka, ktorý zabezpečuje tesné priľnutie tehál k sebe. Trvanlivosť oblúka je 50 - 100 natavení. Závisí od elektrického režimu tavenia, od dĺžky zotrvania tekutého kovu v peci, od zloženia tavenej ocele a trosky. V súčasnosti sú rozšírené vodou chladené klenby a stenové panely. Tieto prvky uľahčujú obsluhu obloženia.

Prúd je privádzaný do taviaceho priestoru pece cez elektródy zostavené zo sekcií, z ktorých každá je kruhový predvalok s priemerom 100 až 610 mm a dĺžkou do 1500 mm. V malých elektrických peciach sa používajú uhlíkové elektródy, vo veľkých - grafitové. Grafitové elektródy sú vyrobené z uhlíkových materiálov s nízkym obsahom popola: ropný koks, živica, smola. Elektródová hmota sa zmieša a lisuje, potom sa surový obrobok vypáli v plynových peciach pri 1300 stupňoch a podrobí sa ďalšiemu grafitizačnému vypáleniu pri teplote 2600 - 2800 stupňov v elektrických odporových peciach. Počas prevádzky v dôsledku oxidácie plynmi z pece a atomizácie pri oblúkovom spaľovaní elektródy vyhoria.

Keď sa elektróda skráti, spustí sa do pece. V tomto prípade sa držiak elektródy približuje k oblúku. Príde bod, keď sa elektróda tak skráti, že neznesie oblúk a musí sa predĺžiť. Na predĺženie elektród sú na koncoch sekcií vytvorené závitové otvory, do ktorých je zaskrutkovaný adaptér-vsuvka, ktorou sú jednotlivé sekcie spojené. Spotreba elektród je 5-9 kg na tonu vyrobenej ocele.

Elektrický oblúk je jedným z typov elektrického výboja, pri ktorom prúd prechádza ionizovanými plynmi a kovovými parami. Keď sa elektródy krátkodobo priblížia k náboju alebo k sebe, dôjde ku skratu.

Tečie tam veľký prúd. Konce elektród sú horúce na bielo. Pri oddialení elektród vzniká medzi nimi elektrický oblúk. Z horúcej katódy dochádza k termionickej emisii elektrónov, ktoré sa smerom k anóde zrážajú s neutrálnymi molekulami plynu a ionizujú ich. Záporné ióny smerujú na anódu, kladné ióny na katódu. Priestor medzi anódou a katódou sa stáva ionizovaným a vodivým. Bombardovanie anódy elektrónmi a iónmi spôsobuje jej veľké zahriatie. Teplota anódy môže dosiahnuť 4000 stupňov. Oblúk môže horieť na jednosmerný a striedavý prúd. Elektrické oblúkové pece fungujú na striedavý prúd. Nedávno bola v Nemecku postavená jednosmerná elektrická oblúková pec.

V prvej polovici obdobia, keď je elektródou katóda, oblúk horí. Keď sa zmení polarita, keď sa náboj - kov - stane katódou, oblúk zhasne, pretože v počiatočnom období tavenia kov ešte nebol zahriaty a jeho teplota je nedostatočná na emisiu elektrónov. Preto v počiatočnom období tavenia oblúk horí nepokojne a prerušovane. Po pokrytí kúpeľa vrstvou trosky sa oblúk stabilizuje a horí rovnomernejšie.

Elektrické zariadenia.

Elektródy slúžia na prívod prúdu do pracovného priestoru pece a tvoria elektrický oblúk. Elektródy môžu byť uhlíkové alebo grafitové. Pri výrobe elektrickej ocele sa používajú hlavne grafitizované elektródy. Uhlíkové elektródy sa bežne používajú na malých peciach.

Elektrické vybavenie oblúkových pecí zahŕňa zariadenia hlavného prúdového okruhu, riadiace a meracie, ochranné a signalizačné zariadenia, ako aj automatický regulátor mechanizmu pohybu elektród, elektrické pohony mechanizmov pece a zariadenie na elektromagnetické miešanie kovov.

Prevádzkové napätie elektrických oblúkových pecí je 100 - 800 V a prúd sa meria v desiatkach tisíc ampérov. Výkon jednej inštalácie môže dosiahnuť 50 - 140 MV*A. Do rozvodne elektrickej pece sa privádza prúdové napätie do 110 kV. Vysoké napätie napája primárne vinutia pecných transformátorov. Elektrické vybavenie oblúkovej pece zahŕňa nasledujúce zariadenia:

Vzduchový odpojovač je určený na odpojenie celej inštalácie elektrickej pece od vedenia vysokého napätia počas tavenia. Odpojovač nie je určený na zapínanie a vypínanie prúdu, preto ho možno použiť len so zdvihnutými elektródami a bez oblúkov. Konštrukčne je odpojovač trojfázový prepínač typu chopper.

Hlavný istič slúži na odpojenie elektrického obvodu pod záťažou, cez ktorý preteká vysokonapäťový prúd. Ak nie je vsádzka na začiatku tavenia tesne umiestnená v peci, keď je vsádzka ešte studená, oblúky horia nestabilne, vsádzka kolabuje a dochádza ku skratom medzi elektródami. V tomto prípade sa súčasná sila prudko zvyšuje. To vedie k veľkému preťaženiu transformátora, ktorý môže zlyhať. Keď prúd prekročí nastavenú hranicu, spínač automaticky vypne inštaláciu, pre ktorú existuje maximálne prúdové relé.

Transformátor pece je potrebný na premenu vysokého napätia na nízke napätie (od 6-10 kV do 100-800 V). Vinutia vysokého a nízkeho napätia a magnetické obvody, na ktorých sú umiestnené, sú umiestnené v nádrži s olejom, ktorý slúži na chladenie vinutí. Chladenie vzniká núteným čerpaním oleja z plášťa transformátora do nádrže výmenníka tepla, v ktorej sa olej chladí vodou. Transformátor je inštalovaný vedľa elektrickej pece v špeciálnej miestnosti. Disponuje zariadením, ktoré umožňuje prepínať vinutia po etapách a tak postupne regulovať napätie dodávané do pece. Napríklad transformátor pre 200-tonovú domácu pec s kapacitou 65 MV*A má 23 úrovní napätia, ktoré sa spínajú pod záťažou, bez vypnutia pece.

Úsek elektrickej siete od transformátora po elektródy sa nazýva krátka sieť. Napájače vystupujúce zo steny trafostanice privádzajú napätie do držiaka elektród pomocou flexibilných, vodou chladených káblov. Dĺžka ohybnej časti by mala umožniť požadovaný sklon pece a otvorenie strechy na nakladanie. Flexibilné káble sú pripojené k medeným vodou chladeným tyčiam inštalovaným na objímkach držiakov elektród. Rúrkové pneumatiky sú priamo spojené s hlavou držiaka elektródy, ktorá upína elektródu. Okrem uvedených hlavných komponentov elektrickej siete zahŕňa rôzne meracie zariadenia pripojené k prúdovým vedeniam cez transformátory prúdu alebo napätia, ako aj zariadenia na automatické riadenie procesu tavenia.

Automatická regulácia.

Ako postupuje tavenie, je potrebné dodať do elektrickej oblúkovej pece rôzne množstvá energie. Napájanie môžete zmeniť zmenou napätia alebo prúdu oblúka. Regulácia napätia sa vykonáva prepínaním vinutí transformátora. Prúd sa reguluje zmenou vzdialenosti medzi elektródou a nábojom zdvíhaním alebo spúšťaním elektród. V tomto prípade sa napätie oblúka nemení. Spúšťanie alebo zdvíhanie elektród sa vykonáva automaticky pomocou automatických regulátorov inštalovaných v každej fáze pece. V moderných peciach je možné daný program elektrického režimu nastaviť na celú dobu tavenia.

Zariadenie na elektromagnetické miešanie kovov.

Na miešanie kovu vo veľkých oblúkových peciach, na urýchlenie a uľahčenie technologických operácií sťahovania trosky je v boxe pod dnom pece inštalované elektrické vinutie, ktoré je chladené vodou alebo stlačeným vzduchom. Vinutia statora sú napájané nízkofrekvenčným prúdom z dvojfázového generátora, ktorý vytvára putujúce magnetické pole, ktoré zachytáva kúpeľ tekutého kovu a spôsobuje pohyb spodných vrstiev kovu po dne pece v smere pohybu poľa. Horné vrstvy kovu sa spolu s priľahlou troskou pohybujú v opačnom smere. Týmto spôsobom môže byť pohyb nasmerovaný buď k pracovnému okienku, čo uľahčí výstup trosky z pece, alebo k odtokovému otvoru, čo prispeje k rovnomernej distribúcii legujúcich a dezoxidačných činidiel a spriemerovaniu zloženia kovu a jeho teplota. Táto metóda má v poslednej dobe obmedzené použitie, pretože v peciach s vysokým výkonom sa kov aktívne mieša oblúkom. Tavenie ocele v hlavnej elektrickej oblúkovej peci.

Suroviny.

Hlavným materiálom pre elektrické tavenie je oceľový šrot. Šrot by nemal byť silne oxidovaný, pretože prítomnosť veľkého množstva hrdze vnáša do ocele značné množstvo vodíka. V závislosti od chemického zloženia je potrebné šrot triediť do príslušných skupín. Hlavné množstvo šrotu určeného na tavenie v elektrických peciach musí byť kompaktné a ťažké. Pri malej objemovej hmote šrotu sa celá časť na tavenie nezmestí do pece. Je potrebné prerušiť proces tavenia a naložiť vsádzku. To zvyšuje trvanie tavenia, vedie k zvýšenej spotrebe energie a znižuje produktivitu elektrických pecí. V poslednej dobe sa metalizované pelety získané metódou priamej redukcie používajú v elektrických peciach. Výhodou tohto typu suroviny s obsahom 85-93% železa je, že nie je kontaminovaná meďou a inými nečistotami. Odporúča sa používať pelety na tavenie vysokopevnostných konštrukčných legovaných ocelí, elektrotechnických ocelí a ocelí na guličkové ložiská.

Legovaný odpad vzniká v taviarni elektrickej pece vo forme podliatinových ingotov a vtokových kanálov; v oddelení odizolovania vo forme triesok, vo valcovniach vo forme odrezkov a šrotu atď.; Navyše veľa legovaného šrotu pochádza zo strojárskych závodov. Použitie legovaného kovového odpadu umožňuje šetriť cenné legovacie materiály a zvyšuje ekonomickú efektívnosť elektrických tavenín. Mäkké železo sa špeciálne taví v otvorených ohniskových peciach a konvertoroch a používa sa na kontrolu obsahu uhlíka počas procesu elektrického tavenia.

4.2 Typické prijímače elektrickej energie

Spotrebitelia posudzovanej skupiny vytvárajú rovnomerné a symetrické zaťaženie vo všetkých troch fázach. K rázom pri zaťažení dochádza len pri štartovaní. Účiník je pomerne stabilný a zvyčajne má hodnotu 0,8-0,85. Pre elektrický pohon veľkých čerpadiel, kompresorov a ventilátorov sa najčastejšie používajú synchrónne motory pracujúce s vedúcim účinníkom.

Zdvíhacie a prepravné zariadenia pracujú v prerušovanom režime. Tieto zariadenia sa vyznačujú častými nárazmi pri zaťažení. v dôsledku náhlych zmien zaťaženia sa účinník tiež mení vo významných medziach, v priemere od 0,3 do 0,8. Z hľadiska neprerušiteľného napájania by tieto zariadenia mali byť zaradené (v závislosti od miesta prevádzky a inštalácie) ako spotrebiče 1. a 2. kategórie. Zdvíhacie a prepravné zariadenia využívajú striedavý (50 Hz) aj jednosmerný prúd. Vo väčšine prípadov by sa zaťaženie zo zdvíhacieho zariadenia na strane AC malo považovať za symetrické vo všetkých troch fázach.

Elektrické osvetľovacie zariadenia

Elektrické svietidlá sú jednofázové zaťaženie, avšak v dôsledku nízkeho výkonu prijímača (zvyčajne nie viac ako 2 kW) v elektrickej sieti, pri správnom zoskupení svietidiel je možné dosiahnuť pomerne rovnomerné zaťaženie medzi fázami ( s asymetriou nie viac ako 5-10%).

Charakter zaťaženia je rovnomerný, bez otrasov, ale jeho hodnota sa mení v závislosti od dennej doby, roku a geografickej polohy. Aktuálna frekvencia je všeobecná priemyselná, rovná 50 Hz. Účiník pre žiarovky je 1, pre plynové výbojky 0,6. Treba mať na pamäti, že pri použití plynových výbojok sa vo vodičoch, najmä neutrálnych vodičoch, objavujú vyššie harmonické prúdy.

Krátkodobé (niekoľko sekúnd) núdzové prerušenia napájania osvetľovacích zariadení sú prijateľné. Dlhé prestávky (minúty a hodiny) vo výžive sú pre niektoré druhy výroby neprijateľné. V takýchto prípadoch sa využíva záloha napájania z druhého zdroja prúdu (v niektorých prípadoch aj z nezávislého zdroja jednosmerného prúdu). V odvetviach, kde vypnutie osvetlenia ohrozuje bezpečnosť ľudí, sa používajú špeciálne systémy núdzového osvetlenia. Pre osvetľovacie inštalácie priemyselných podnikov sa používajú napätia od 6 do 220 V.

Inštalácie konvertorov

Na premenu trojfázového prúdu na jednosmerný prúd alebo trojfázový prúd priemyselnej frekvencie 50 Hz na trojfázový alebo jednofázový prúd nízkej, vysokej alebo vysokej frekvencie sú na území priemyselného podniku vybudované meničové zarážky.

V závislosti od typu prúdových meničov sa zarážky meničov delia na:

) inštalácie polovodičových meničov;

) konvertorové jednotky s ortuťovými usmerňovačmi;

) meničové jednotky s motorgenerátormi,

) dorazy meniča s mechanickými usmerňovačmi.

Inštalácie meniča budú podľa účelu zložené pre napájanie

) motory mnohých strojov a mechanizmov;

) elektrolytické kúpele;

) vnútropodniková elektrická doprava;

) elektrické odlučovače;

) Zváracie zariadenia na jednosmerný prúd atď.

Konvertorové zariadenia na účely elektrolýzy sú široko používané v metalurgii neželezných kovov na výrobu elektrolytického hliníka, olova, medi atď. prevedené na jednosmerné napätie požadované technologickými podmienkami (do 825 V).

Prerušenie napájania elektrolýznych zariadení nevedie k vážnym nehodám s poškodením hlavného zariadenia a môže byť tolerované niekoľko minút, v niektorých prípadoch aj niekoľko hodín. Tu je prerušenie napájania spojené najmä s nedostatkom výroby . Avšak kvôli reverznému emf. elektrolýznych kúpeľov, v niektorých prípadoch môže dôjsť k pohybu uvoľnených kovov späť do roztoku kúpeľa, a preto musí byť dodatočná spotreba energie na nové uvoľnenie toho istého kovu napájaná elektrickou energiou, ako sú prijímače 1 kategórie, ale umožňujúce krátkodobé prerušenia napájania Prevádzkový režim elektrolýznych zariadení dáva pomerne rovnomernú a symetrickú krivku zaťaženia vo fázach Účiník elektrolýznych zariadení je približne 0,85-0,9 Znakom procesu elektrolýzy je potreba udržiavať a konštantný usmernený prúd a v súvislosti s tým vzniká potreba regulovať napätie na strane striedavého prúdu.

Konvertorové zariadenia pre vnútropriemyselnú elektrickú dopravu (ťahanie, zdvíhanie, rôzne druhy pohybu nákladu atď.) majú relatívne malý výkon (od stoviek do 2000-3000 kW). Faktor výkonu takýchto inštalácií sa pohybuje od 0,7-0,8. Zaťaženie na strane striedavého prúdu je fázovo symetrické, ale prudko sa mení v dôsledku prúdových špičiek počas prevádzky trakčných motorov Prerušenie napájania prijímačov tejto skupiny môže viesť k poškodeniu výrobkov a dokonca aj zariadení (najmä v hutníckych prevádzkach). . Zastavenie prepravnej prevádzky vo všeobecnosti spôsobuje vážne komplikácie v prevádzke podniku, a preto musí byť táto skupina odberateľov zásobovaná elektrickou energiou ako prijímače 1. alebo 2. kategórie, čo umožňuje krátkodobé prerušenie dodávky elektrickej energie z týchto inštalácií sa vyrába striedavým prúdom priemyselnej frekvencie s napätím 0,4-35 kV.

Konvertorové zariadenia na napájanie elektrických odlučovačov (s mechanickými usmerňovačmi) do 100-200 kW sú široko používané na čistenie plynu Tieto zariadenia sú napájané striedavým prúdom priemyselnej frekvencie zo špeciálnych transformátorov s napätím 6-10 kV na primárnom vinutí. a do 110 kV na sekundárnom vinutí Účiník týchto nastavení je 0,7-0,8. Zaťaženie na strane vysokého napätia je symetrické a rovnomerné. Prerušenia napájania sú prípustné, ich trvanie závisí od výrobného procesu V priemyselných odvetviach, ako sú chemické závody, možno tieto zariadenia zaradiť medzi prijímače 1. a 2. kategórie.

Elektromotory výrobných mechanizmov

Tento typ prijímača sa nachádza vo všetkých priemyselných podnikoch Všetky typy motorov sa používajú na pohon moderných obrábacích strojov. Výkon motorov je mimoriadne rôznorodý a pohybuje sa od zlomkov až po stovky kilowattov a viac V strojoch, kde sa vyžadujú vysoké otáčky a ich regulácia, sa používajú jednosmerné motory poháňané usmerňovacími jednotkami. Sieťové napätie 660-380/220 V s frekvenciou 50 Hz Účiník sa značne líši v závislosti od technologického postupu Z hľadiska spoľahlivosti napájania patrí táto skupina prijímačov spravidla do 2. kategórie rad strojov, kde je prerušenie napájania neprípustné z dôvodu bezpečnostných podmienok (možné zranenia obsluhujúceho personálu) a z dôvodu možného poškodenia výrobkov, najmä pri spracovaní veľkých, drahých dielov.

Elektrické pece a elektrotepelné inštalácie

Podľa spôsobu premeny elektrickej energie na teplo ju možno rozdeliť na:

) odporové pece;

) indukčné pece a zariadenia;

) elektrické oblúkové pece;

) pece so zmiešaným ohrevom.

Odporové pece sa podľa spôsobu ohrevu delia na nepriamočinné pece a priamočinné pece. Ohrev materiálu v nepriamych peciach nastáva v dôsledku tepla generovaného vykurovacími prvkami, keď nimi prechádza elektrický prúd. Pece s nepriamym ohrevom sú inštalácie s napätím do 1000 V a sú napájané vo väčšine prípadov zo sietí 380 V pri priemyselnej frekvencii 50 Hz. Pece sa vyrábajú v jedno- a trojfázovom výkone od jednotiek až po niekoľko tisíc kilowattov. Faktor výkonu je vo väčšine prípadov 1.

V peciach s priamym pôsobením sa ohrev uskutočňuje teplom uvoľneným v ohrievanom produkte, keď ním prechádza elektrický prúd. Pece sú vyrábané s jedno- a trojfázovým výkonom do 3000 kW; napájanie sa vykonáva priemyselným frekvenčným prúdom 50 Hz zo sietí 380/220 V alebo cez znižovacie transformátory zo sietí vyššieho napätia. Faktor výkonu leží v rozmedzí od 0,7 do 0,9 Väčšina odporových pecí z hľadiska neprerušovaného napájania patrí do kategórie 2 prijímačov elektrickej energie.

Pece a zariadenia na indukčný a dielektrický ohrev sa delia na taviace pece a zariadenia na kalenie a ohrev dielektrika

Tavenie kovu v inerciálnych peciach sa uskutočňuje teplom, ktoré sa v ňom vytvára pri prechode indukčného prúdu.

Taviace pece sa vyrábajú s oceľovým jadrom a bez neho. Jadrové pece sa používajú na tavenie neželezných kovov a ich zliatin. Pece sú napájané priemyselným frekvenčným prúdom 50 Hz s napätím 380 V a vyšším v závislosti od výkonu. Jadrové pece sú dostupné v jedno-, dvoj- a trojfázových s výkonom do 2000 kVA. Účiník sa pohybuje od 0,2-0,8 (pece na tavenie hliníka majú cos(?) = 0,2 - 0,4, na tavenie medi 0,6-0,8). Bezjadrové pece sa používajú na tavenie vysokokvalitnej ocele a zriedkavejšie aj neželezných kovov. Priemyselné pece bez jadra môžu byť napájané priemyselným frekvenčným prúdom 50 Hz zo sietí s napätím 380 V a vyšším a vysokofrekvenčným prúdom 500-10 000 Hz z tyristorových alebo elektrických strojových meničov. Hnacie motory meničov sú napájané priemyselným frekvenčným prúdom.

Pece sa vyrábajú s výkonom do 4500 kVA, ich účinník je veľmi nízky: od 0,05 do 0,25. Všetky taviace pece patria do kategórie 2 prijímačov elektrickej energie. Zariadenia na kalenie a ohrev, v závislosti od účelu, sú napájané pri frekvenciách od 50 Hz do stoviek kilohertzov.

Napájací zdroj pre vysokofrekvenčné a vysokofrekvenčné jednotky sa vyrába z tyristorových alebo induktorových strojových meničov a elektronkových generátorov. Tieto inštalácie patria do kategórie 2 prijímačov elektrickej energie.

V zariadeniach na ohrev dielektrík sa ohrievaný materiál umiestňuje do elektrického poľa kondenzátora a dochádza k zahrievaniu v dôsledku posuvných prúdov. Táto skupina zariadení je široko používaná na lepenie a sušenie dreva, zahrievanie lisovacích práškov, spájkovanie a zváranie plastov, sterilizáciu produktov atď. Napájanie je dodávané prúdom s frekvenciou 20-40 MHz a vyššou. Z hľadiska nepretržitého napájania patria zariadenia na vykurovanie dielektrík do kategórie 2 prijímačov elektrickej energie.

Podľa spôsobu ohrevu sa elektrické oblúkové pece delia na priame a nepriame pece. V peciach s priamym pôsobením sa ohrev a tavenie kovu uskutočňuje teplom generovaným elektrickým oblúkom horiacim medzi elektródou a roztaveným kovom. Priame oblúkové pece sa delia na množstvo typov, pre ktoré sú typické oceliarske a vákuové.

Oceľové taviace pece sú napájané priemyselným frekvenčným prúdom 6-110 V cez znižovacie transformátory. Pece sa vyrábajú trojfázové s výkonom do 45 000 kVA na jednotku. Účiník 0,85-0,9. Počas prevádzky, počas obdobia tavenia vsádzky v oblúkových peciach na tavenie ocele, dochádza k častým prevádzkovým skratom (SC) Prevádzkový skratový prúd. presahuje nominálnu hodnotu 2,5-3,5 krát. Skraty spôsobujú pokles napätia na zberniciach rozvodne, čo negatívne ovplyvňuje činnosť iných prijímačov elektrickej energie. V tomto ohľade je spoločná prevádzka oblúkových pecí a iných spotrebičov zo spoločnej rozvodne prípustná, ak pri napájaní z výkonného energetického systému celkový výkon pecí nepresahuje 40 % výkonu znižovacej rozvodne, a pri napájaní zo systému s nízkou spotrebou energie, 15-20%

Vákuové oblúkové pece sa vyrábajú s výkonom do 2000 kW. Napájanie je dodávané jednosmerným prúdom s napätím 30-40 V. Ako zdroje elektrickej energie sa používajú meniče elektrických strojov a polovodičové usmerňovače zapojené do siete striedavého prúdu 50 Hz.

Ohrievanie kovu v nepriamych peciach sa vykonáva teplom generovaným elektrickým oblúkom horiacim medzi nimi uhlíkové elektródy Nepriamo vyhrievané oblúkové pece sa používajú na tavenie medi a jej zliatin. Výkon pecí je relatívne malý (do 500 kVA); napájanie je dodávané priemyselným frekvenčným prúdom 50 Hz zo špeciálnych pecných transformátorov. Z hľadiska nepretržitého napájania patria tieto pece do kategórie 1 prijímačov elektrickej energie, čo umožňuje krátkodobé prerušenie napájania.

Elektrické pece so zmiešaným ohrevom možno rozdeliť na rudno-tepelné pece a elektrotroskové pretavovacie pece.

V rudotermálnych peciach sa materiál ohrieva teplom, ktoré sa uvoľňuje pri prechode elektrického prúdu cez vsádzku a pri horení oblúka. Pece sa používajú na výrobu ferozliatin, korundu, tavenia liatiny, olova, sublimáciu fosforu, tavenie medi a medeno-niklového matu. Napájanie je dodávané priemyselným frekvenčným prúdom cez znižovacie transformátory. Výkon niektorých pecí je veľmi vysoký, až 100 MVA (pec na sublimáciu žltého fosforu). Účiník 0,85-0,92. Z hľadiska nepretržitého napájania patria pece pre rudné tepelné procesy do kategórie 2 prijímačov elektrickej energie.

V elektrotroskových pretavovacích peciach sa ohrev uskutočňuje v dôsledku tepla uvoľneného v troske, keď ňou prechádza prúd. Troska sa taví teplom elektrického oblúka. Elektrotroskové pretavovanie sa používa na výrobu vysokokvalitných ocelí a špeciálnych zliatin. Pece sú napájané priemyselným frekvenčným prúdom 50 Hz cez znižovacie transformátory, zvyčajne zo sietí 6-10 kV so sekundárnym napätím 45-60 V. Pece sú spravidla jednofázové, ale môžu aj byť trojfázový. Účiník 0,85-0,95. Z hľadiska spoľahlivosti napájania patria elektrotroskové pretavovacie pece do kategórie 1 prijímačov elektrickej energie.

Pri dodávaní energie do dielní, ktoré majú vákuové elektrické pece všetkých typov, je potrebné vziať do úvahy, že prerušenie napájania vákuových čerpadiel vedie k nehodám a poruchám drahých výrobkov. Tieto pece by sa mali klasifikovať ako prijímače elektrickej energie kategórie 1.

Elektrické zváracie inštalácie

Ako sa prijímače delia na inštalácie pracujúce na striedavý a jednosmerný prúd. Technologicky je zváranie rozdelené na oblúkové a kontaktné zváranie a podľa spôsobu vykonávania práce - na ručné a automatické.

Jednosmerné elektrické zváracie jednotky pozostávajú zo striedavého motora a jednosmerného zváracieho generátora. S takýmto systémom je zváracie zaťaženie rozdelené rovnomerne do troch fáz v AC napájacej sieti, ale jeho rozvrh zostáva variabilný. Faktor výkonu takýchto inštalácií pri nominálnych prevádzkových podmienkach je 0,7-0,8; pri voľnobehu klesne účinník na 0,4. Medzi jednosmernými zváracími jednotkami sú aj usmerňovacie jednotky.

AC elektrické zváracie jednotky pracujú na priemyselnej striedavej frekvencii 50 Hz a predstavujú jednofázovú záťaž v podobe zváracích transformátorov pre oblúkové a odporové zváracie stroje. Zváraním striedavým prúdom vzniká jednofázové zaťaženie s prerušovanou prevádzkou, nerovnomerným zaťažením fáz a spravidla nízkym účinníkom (0,3-0,35 pre oblúkové a 0,4-0,7 pre odporové zváranie). Zváracie inštalácie sú napájané zo sietí s napätím 380-220 V. Zváracie transformátory na stavbách a montážnych miestach sa vyznačujú častými pohybmi v napájacej sieti. Túto okolnosť je potrebné zohľadniť pri návrhu napájacej siete. Z hľadiska spoľahlivosti napájania patria zváracie zariadenia do kategórie 2 prijímačov elektrickej energie.

Záver

Pokroky v automatizácii umožnili vytvoriť projekt kontinuálneho hutníckeho závodu, kde budú nesúrodé procesy spojené do jedného toku systému. Ukazuje sa, že vysoká pec stále zaujíma ústredné miesto v celom procese. Dá sa to zaobísť bez domény?

Problém vysokopecnej výroby, alebo, ako sa tomu hovorí, priamej výroby železa, sa rieši už dlhé desaťročia. V tomto smere sa dosiahol významný pokrok. Je dôvod domnievať sa, že v 70. rokoch budú uvedené do prevádzky pomerne veľké zariadenia na priamu redukciu železa s denným výkonom 500 ton, ale aj napriek tomu si vysokopecná výroba udrží svoje postavenie na dlhé desaťročia.

Bezdoménový proces si možno predstaviť napríklad takto. V rotačných rúrových peciach sa železná ruda premieňa na železo. Pomocou magnetov sa oddelia zrnká železa od zvyšku hmoty – a čistý produkt je pripravený na ďalšie spracovanie. Hotové výrobky môžu byť vyrazené zo železného prášku. Môže sa použiť na výrobu ocele rôznych akostí pridaním potrebných prísad (legujúcich prvkov).

So spustením obrovských elektrární dostane sovietska metalurgia veľa lacnej elektriny. Tým sa vytvoria priaznivé podmienky pre rozvoj elektrometalurgickej výroby a pre ešte širšie využitie elektrickej energie vo všetkých nasledujúcich stupňoch spracovania zliatin železa.

Úspechy atómovej fyziky podnietili myšlienku takzvanej radiačnej metalurgie. Akademik I.P. Bardin (1883-1960) vyslovil odvážnu, takmer fantastickú myšlienku budúceho rozvoja hutníctva. „Myslím si,“ povedal, „že ľudia najskôr začnú „konštruovať“ legované ocele požadovaného zloženia pomocou rádioaktívneho vplyvu bez toho, aby do nich vnášali vzácne a drahé legujúce prísady, ale vytvárali ich priamo v panve roztavenej ocele. Z atómov železa, možno, síry a fosforu, pod vplyvom prúdu lúčov dôjde v roztavenom kove k cieleným jadrovým transformáciám."

Budúce generácie výskumníkov budú musieť pracovať na riešení tohto a ďalších fascinujúcich problémov. Hutníctvo železa čaká na nových objaviteľov.

V tejto eseji sme podľa nášho názoru dosiahli náš cieľ a preskúmali sme prenos elektrickej energie na veľké vzdialenosti a jej využitie ako nevyhnutného komponentu v procese výroby elektrickej ocele. A tiež sa nám zdá, že sme splnili všetky úlohy, ktoré sme si stanovili, a to: naštudovali sme si ďalšiu literatúru, ktorá nám pomohla pri písaní tejto práce; zoznámil sa s novými typmi generátorov a transformátorov; zvážiť cestu elektrického prúdu od jeho prijatia po dodanie spotrebiteľovi; a nakoniec sme študovali fyzikálne a mechanické procesy prebiehajúce v elektrickej oceliarskej peci.

Bibliografia

1. Babich V.K., Lukashkin N.D., Morozov A.S. et al./Základy metalurgickej výroby (železná metalurgia). Učebnica pre stredné odborné školy - M.: Hutníctvo, 1988. 272 ​​​​s.

Barg I. G., Valk H. Ya., Komarov D. T.; Ed. Barga I.G./Zlepšenie údržby elektrických sietí 0,4-20 kV v oblasti Seldsk - M.: Energia, 1980. - 240 s., ill.

Bornatsky I. I., Blashchuk N. M., Yargin S. A., Strok V. I./Širokoprofilový oceliarsky asistent: Učebnica pre stredné odborné školy - M.: Hutníctvo, 1986. 456 s.

Zubkov B.V., Chumakov S.V./Encyklopedický slovník mladých technikov - M.: Pedagogika, 1980. - 512 s., ill.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B./Fyzika: učebnica. pre 10. ročník priem. škola - M.: Školstvo, 1990. - 223 s.: chor.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B./Fyzika: učebnica. pre 10. ročník priem. škola - 9. vyd., prepracované. - M.: Vzdelávanie, 1987. - 319 s., 4 s. chorý.: chorý.

Chigrai I. D. Konvertorový oceliarsky pomocník. M.: Hutníctvo, 1977. 304 s.

Potreba výstavby elektrických vedení sa vysvetľuje výrobou elektriny hlavne vo veľkých elektrárňach vzdialených od spotrebiteľov - relatívne malých prijímačov rozmiestnených na rozsiahlych územiach.

Elektrárne sú umiestnené s prihliadnutím na kombinovaný vplyv veľkého počtu faktorov: dostupnosť energetických zdrojov, ich typy a zásoby; možnosti dopravy; vyhliadky na spotrebu energie v určitej oblasti atď. Prenos elektrickej energie na diaľku poskytuje množstvo výhod, ktoré umožňujú:

Používajte vzdialené zdroje energie;

Znížte celkový rezervný výkon generátorov;

Použite časový nesúlad v rôznych zemepisných šírkach, v ktorých sa maximálne zaťaženia nachádzajúce sa v nich nezhodujú;

Plnejšie využívať výkon vodných elektrární;

Zvýšte spoľahlivosť napájania spotrebiteľov atď.

Elektrické vedenia, určené na distribúciu elektriny medzi jednotlivými spotrebiteľmi v určitej oblasti a na pripojenie energetických systémov, môžu byť vedené na veľké aj krátke vzdialenosti a sú určené na prenos výkonov rôznych veľkostí. Pre diaľkové prejazdy je to veľmi dôležité priepustnosť, teda najväčší výkon, ktorý je možné preniesť po elektrických vedeniach, berúc do úvahy všetky obmedzujúce faktory.

V prípade nadzemných vedení striedavého prúdu možno približne predpokladať, že maximálny výkon, ktorý môžu prenášať, je približne úmerný štvorcu napätia a nepriamo úmerný dĺžke prenosu. Náklady na štruktúru možno tiež veľmi zhruba považovať za úmerné veľkosti napätia. Preto vo vývoji diaľkového prenosu elektrickej energie existuje tendencia zvyšovať napätie ako hlavný prostriedok na zvýšenie priepustnosti. Od vytvorenia prvých elektrických vedení sa napätie zvýšilo 1,5-2 krát približne každých 10-15 rokov. Zvýšenie napätia umožnilo zväčšiť dĺžku elektrického vedenia a prenášané výkony. V 20. rokoch dvadsiateho storočia sa teda elektrina prenášala na maximálne vzdialenosti asi 100 km. Do 30. rokov 20. storočia sa tieto vzdialenosti zvýšili na 400 km a v 60. rokoch dosahovala dĺžka elektrických vedení 1 000 – 1 200 km (napríklad elektrické vedenie Volgograd – Moskva).

Zvyšovanie prenosovej kapacity elektrických vedení sa dosahuje najmä zvyšovaním napätia, podstatná je však aj zmena konštrukcie elektrických vedení a zavádzanie rôznych doplnkových kompenzačných zariadení, pri ktorých sa znižuje vplyv parametrov obmedzujúcich prenášaný výkon. Napríklad na elektrických vedeniach s napätím 330 kV a vyšším sú vodiče v každej fáze rozdelené na niekoľko elektricky prepojených vodičov, pričom sa výrazne zlepšujú parametre vedení (jeho reaktancia sa znižuje); používa sa takzvaná sériová kompenzácia - zaradenie kondenzátorov do vedenia atď.

Možnosť ďalšieho zvyšovania maximálneho výkonu vyžaduje zvyšovanie napätí a zmenu konštrukcie elektrických vedení. Sú spojené so všeobecným technickým pokrokom, najmä s pokrokom v polovodičovej technológii, s vytváraním pokročilých materiálov a s vývojom nových typov prenosu energie.

Pri výstavbe jednosmerného elektrického vedenia s vysokým maximálnym výkonom je potrebné vykonať na začiatku vedenia priamu premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd a na konci vedenia spätnú premenu jednosmerného prúdu na striedavý prúd, čo spôsobuje určité technické a ekonomické ťažkosti.

Existuje zásadná možnosť bezdrôtového elektrického vedenia pomocou elektromagnetických vĺn alebo vysokofrekvenčných oscilácií smerovaných pozdĺž vlnovodov. Praktická realizácia týchto elektrických vedení v priemysle je však v súčasnosti neprijateľná pre ich nízku účinnosť.

Na prenos elektrickej energie možno použiť supravodivé vedenia, v ktorých možno výrazne znížiť napätie. Hlbokým ochladzovaním vodičov sa dosiahne efekt blízky supravodivosti. V tomto prípade sa elektrické vedenia nazývajú kryogénne. Táto otázka má svoju históriu. Už v roku 1911 holandský fyzik G. Kamerlingh-Onnes zistil, že keď sa ortuť ochladí na teplotu pod 4 K, jej elektrický odpor úplne zmizne. Znova sa objaví náhle, keď teplota stúpne nad kritickú hodnotu. Tento jav bol tzv supravodivosť. Samozrejme, ak by takéto materiály energetici získali, nahradili by nimi obyčajné vodiče, elektrické vedenia by bez strát dodávali energiu v obrovských množstvách na extrémne veľké vzdialenosti. Bolo by možné výrazne zvýšiť účinnosť výkonných energeticky náročných zariadení (elektromagnety, transformátory, elektrické stroje) a vyhnúť sa mnohým ťažkostiam spojeným s prehrievaním, roztavením a zničením dielov.

To všetko však nezostalo len pri snoch, hoci o samotnom fenoméne nebolo pochýb. Bolo objavených veľa supravodičov. V periodickej tabuľke sa ukázali ako 28 prvkov. Ale najvyššia kritická teplota prislúchajúca nióbu nepresiahla 10 K. Možnosti supravodivosti boli preto výrazne obmedzené vysokou cenou a zložitosťou inštalácií, ktoré udržiavajú ultranízke teploty. Zliatiny molybdénu s technéciom posunuli kritickú teplotu na 14 K. Ďalej bolo možné získať zlúčeninu nióbu, hliníka a germánia s kritickou teplotou 21 K. Pre niekoľko stoviek dnes známych supravodivých látok ide o rekordné číslo.

Praktické štúdie ukázali, že so zvyšujúcou sa kritickou teplotou počet supravodičov klesá. Niektorí odborníci sa dokonca domnievali, že zo zajatia ultranízkych teplôt nebude možné uniknúť. Niekde okolo 25 K leží najvyššia možná kritická teplota.

Po experimentálnom objave supravodivosti sa teoretickí fyzici dlho snažili pochopiť podstatu tohto nepochopiteľného javu. A len o pol storočia neskôr, v roku 1957, sa objavila prvá seriózna teória supravodivosti. Nasledovali ďalší. Nosili veľa nezvyčajných vecí. Napríklad podľa vytvorenej teórie sa elektróny supravodiča, na rozdiel od známeho Coulombovho zákona, ktorý predpisuje, aby sa všetky podobne nabité častice navzájom odpudzovali, naopak priťahovali a spájali do párov. Bolo poznamenané, že supravodičmi môžu byť nielen kovy a zliatiny, ale aj... organické látky. Jeden z najvýznamnejších záverov teórie bol nasledujúci. Kovový vodík vďaka svojim výnimočným vlastnostiam- ľahké protóny sa nachádzajú v uzloch kryštálovej mriežky, môže mať supravodivosť pri relatívne vysokých, pre praktické účely celkom prijateľných teplotách rádu 220 tis alebo-53 0 C. A ešte jedna vec: je možné, že proces prenosu látky z molekulárnej fázy do atómovej fázy je nevratný. Po odstránení vonkajšieho tlaku nemusí vodík stratiť svoje supravodivé vlastnosti po dlhú dobu. /

Teraz sa ukázalo: na to, aby sme mali materiál, ktorý za normálnych podmienok vykazuje supravodivé vlastnosti, je potrebné zvládnuť tlakový rozsah rádovo niekoľko stoviek kilopascalov. Tieto veličiny sú podľa našich ľudských štandardov obrovské. Sú porovnateľné len s tlakmi v strede Zeme (tam asi 300 kPa). Pred výskumníkmi sa otvorila cesta vedúca k cieľu, aj keď ani laboratórnym experimentom sa zatiaľ nepodarilo získať tento druh tlaku a samozrejme pevný vodík - supravodič pri normálnej teplote.

Alternatívou k prenosu elektrickej energie na diaľku pomocou striedavého a jednosmerného prúdu z tepelných elektrární k spotrebiteľom je preprava paliva. Porovnávacia analýza možných možností dodávok energie spotrebiteľom ukazuje, že vysokokalorické uhlie (viac ako 4 000 kcal/kg) sa zvyčajne odporúča prepravovať po železnici (ak existuje). V mnohých prípadoch, keď sa zemný plyn a ropa používajú v elektrárňach, je výhodnejšie ich prepravovať potrubím (obr. 1). Pri výbere spôsobu prenosu energie na diaľku je potrebné vziať do úvahy veľký súbor problémov, ako je posilnenie elektrického systému pri výstavbe prenosu energie, napájania, spotrebičov umiestnených v blízkosti vedení, zvýšenie zaťaženia železnice atď.

Pri analýze vývoja energetických systémov v mnohých krajinách možno identifikovať dva hlavné trendy:

1) približovanie elektrární k spotrebiteľským centrám v prípadoch, keď na území pokrytom jednotnou energetickou sústavou nie sú lacné zdroje energie, alebo keď sú zdroje už využité;

2) výstavba elektrární v blízkosti lacných zdrojov energie a prenos elektriny do centier jej spotreby.

Elektrické prenosové vedenia, ropovody a plynovody tvoria jednotný systém zásobovania energiou v krajine. Systémy dodávky elektriny, ropy a plynu musia byť navrhnuté, skonštruované a prevádzkované v určitej vzájomnej koordinácii, formovaní Jednotný energetický systém.

Obrázok 1 - Charakteristika rôznych spôsobov prenosu energie na diaľku: Z- odhadované náklady, l- vzdialenosť; 1 - dvojkoľajová železnica, 2 - plynovody, 3 - ropovody, 4 - prenos energie zo staníc prevádzkujúcich lacné uhlie

Prenos elektriny na diaľku pomocou rezonančného jednovodičového systému sa vyznačuje nízkymi ekonomickými nákladmi v porovnaní s tradičnými technológiami. Zároveň nedochádza k prakticky žiadnym stratám v drôtoch (stokrát menej ako pri tradičnom spôsobe prenosu elektrickej energie). Náklady na kladenie káblov sú výrazne znížené – až 10-krát. Je zabezpečená vysoká úroveň elektrickej bezpečnosti pre životné prostredie a ľudí.

Popis:

Jedným z najpálčivejších problémov modernej energetiky je prenos elektriny na veľké vzdialenosti pri nízkych ekonomických nákladoch a zabezpečenie úspory energie.

V praxi sa na prenos elektrickej energie na veľké vzdialenosti spravidla používajú trojfázové systémy, ktorých realizácia si vyžaduje použitie najmenej 4 drôty, ktorý má tieto významné nevýhody:

– veľké straty elektrickej energie vo vodičoch, takzvané straty Joule,

– potreba použiť medziľahlé transformátorové rozvodne na kompenzáciu energetických strát v drôtoch,

– výskyt nehôd v dôsledku skratu vodičov vrátane nebezpečných poveternostných javov (silný vietor, ľad na vodičoch atď.),

– vysoká spotreba neželezné kovy,

– vysoké ekonomické náklady na kladenie trojfázových elektrických sietí (niekoľko miliónov rubľov na 1 km).

Vyššie uvedené nevýhody je možné eliminovať použitím rezonančného jednovodičového systému na prenos elektrickej energie, založeného na myšlienkach N. Teslu, upraveného s prihliadnutím na moderný rozvoj vedy a techniky. V súčasnosti bola vyvinutá technológia rezonančného jednovodičového systému prenosu elektrickej energie.

Rezonančný jednovodičový vlnovodu systém na prenos elektrickej energie vyššou frekvenciou 1-100 kHz nepoužíva aktívny vodivý prúd v uzavretom okruhu. V rezonančnom vlnovode jednovodičového vedenia nie je uzavretá slučka, nedochádza k postupovaniu vĺn prúdu a napätia, ale existujú stojaté (stacionárne) vlny jalového kapacitného prúdu a napätia s fázovým posunom 90°. Navyše kvôli absencii aktívneho prúdu a prítomnosti prúdového uzla v linky v takomto vedení už nie je potrebné vytvárať vysokoteplotný vodivý režim a straty Joule sa stávajú bezvýznamnými v dôsledku absencie uzavretých aktívnych vodivých prúdov vo vedení a nevýznamných hodnôt otvoreného kapacitného prúdu v blízkosti uzlov stacionárnych prúdové vlny vo vedení.

Navrhovaná technológia je založená na použití dvoch rezonančných obvodov s frekvenciou 0,5-50 kHz a jednovodičového vedenia medzi obvodmi (pozri obrázok 1) so sieťovým napätím 1-100 kV pri prevádzke v režime napäťovej rezonancie.

Linkový drôt je vodiaci kanál, pozdĺž ktorého sa pohybuje elektromagnetická energia. Energia elektromagnetického poľa je distribuovaná okolo vodič linky.

Ryža. 1. Elektrická schéma rezonančného jednovodičového prenosového systému výkonu

1 – vysokofrekvenčný generátor; 2 – rezonančný obvod zvyšovacieho transformátora; 3 – jednovodičové vedenie; 4 – rezonančný obvod znižovacieho transformátora; 5 – usmerňovač; 6 – prevodník.

Ako ukazujú vykonané výpočty a experimenty, pri tomto spôsobe prenosu elektrickej energie nedochádza k prakticky žiadnym stratám vo vedení (stokrát menej ako pri tradičnom spôsobe prenosu elektrickej energie) a táto technológia je bezpečná pre životné prostredie a ľudí.

Na koordináciu konvenčného napájacieho systému s navrhovaným systémom, zodpovedajúcich zariadení a prevodníky, ktoré sa inštalujú na začiatok a koniec jednovodičového vedenia a umožňujú na vstupe a výstupe použiť štandardné striedavé alebo jednosmerné elektrické zariadenia.

V súčasnosti je vyvinutá technológia na prenos elektriny s výkonom do 100 kW. Prenos elektriny s vyšším výkonom vyžaduje použitie elektronických zariadení (tranzistory, tyristory, diódy atď.) so zvýšeným výkonom a spoľahlivosťou. Na vyriešenie problému dodávky energie pre zariadenia, ktoré spotrebúvajú elektrickú energiu s výkonom nad 100 kW, je potrebný ďalší výskum.

Výhody:

- elektrická energia sa prenáša pomocou jalového kapacitného prúdu v rezonančnom režime,

– neoprávnené používanie energie je ťažké,

– zníženie nákladov na výstavbu elektrických vedení,

– možnosť výmeny nadzemných elektrických vedení za jednovodičové káblové vedenia,

– výrazné úspory neželezných kovov, pretože prierez kábla je 3-5 krát menší ako prierez tradičného trojfázového prenosového systému, obsah hliníka a medi v drôtoch sa môže znížiť 10-krát,

– výrazné zníženie polomeru otáčania vedení, čo je veľmi dôležité pri ukladaní káblov v mestskom prostredí,

– výrazné (až 10-násobné) zníženie nákladov na kladenie káblov,

– nedochádza k medzifázovému skratu,

– zabezpečuje vysokú úroveň elektrickej bezpečnosti pre životné prostredie a ľudí,

– straty elektriny v jednovodičovom vedení sú malé,

- elektrina sa môže prenášať na veľké a veľmi dlhé vzdialenosti,

– skraty nie sú možné v jednožilovom kábli a jednožilový kábel nemôže spôsobiť požiar,

- nevyžaduje údržbu,

– prítomnosť zníženého magnetického poľa,

- žiadny vplyv poveternostných podmienok,

– prírodná krajina nie je narušená,

- nedostatok prednosti v jazde,

– V drôtoch nie sú prakticky žiadne straty (stokrát menej ako pri tradičnom spôsobe prenosu elektrickej energie).

Ako sa prenáša elektrina na veľké vzdialenosti?
pri prenose elektriny na veľké vzdialenosti, ktoré využívajú
bezdrôtový prenos elektriny na diaľku
prenos elektriny na veľké vzdialenosti bez káblov video
prenos elektriny na diaľku história prezentácia abstraktná správa
straty elektrickej energie pri prenose na veľké vzdialenosti
prezentácia prenosu energie cez dištančné transformátory
schéma problémových princípov prenosu elektriny na veľké vzdialenosti
výroba a prenos elektriny na diaľku
esej na tému prenosu elektriny na diaľku
diagram spôsobov prenosu elektriny na diaľku
transformátory prenášajúce elektrickú energiu na diaľku
prenos elektriny na diaľku pomocou rezonančného jednovodičového systému bez drôtov transformátorové straty pri výrobe a distribúcii tarify služieb TNS Energy Vologdaenergosbyt spotrebiteľom cez osobný účet osobný účet sieť Krasnoyarskenergosbyt cez internetové linky Schéma telefónnej fyziky poskytovanie služieb organizácia termín

Faktor dopytu 458

Ankety

Potrebuje naša krajina industrializáciu?

• Áno, potrebujeme to (90 %, 2 486 hlasov)
• Nie, netreba (6 %, 178 hlasov)
• Neviem (4 %, 77 hlasov)

Hľadajte technológie

Nájdené technológie 1

Môže byť zaujímavé: