Proizvedene električne energije ni mogoče skladiščiti, temveč jo je treba takoj predati porabnikom. Ko je bil izumljen optimalen način prevoza, se je začel hiter razvoj elektroenergetike.

Zgodba

Prvi generatorji so bili zgrajeni ob porabnikih energije. Bili so nizke moči in so bili namenjeni le oskrbi z električno energijo posamezne stavbe ali mestnega bloka. Potem pa so prišli do zaključka, da je veliko bolj donosno graditi velike postaje na območjih, kjer so koncentrirani viri. To so močne hidroelektrarne na rekah, velike termoelektrarne ob premogovnikih. To zahteva prenos električne energije na daljavo.

Prvi poskusi gradnje daljnovodov so naleteli na dejstvo, da se je pri priključitvi generatorja na sprejemnike električne energije z dolgim ​​kablom močno zmanjšala moč na koncu daljnovoda zaradi enormnih toplotnih izgub. Za zmanjšanje toka je bilo treba uporabiti kable z večjim presekom, kar jih je bistveno podražilo, ali povečati napetost.

Po poskusih s prenosom enosmernega in enofaznega izmeničnega toka po visokonapetostnih vodih so izgube ostale previsoke - na ravni 75%. In šele ko je Dolivo-Dobrovolsky razvil sistem trifaznega toka, je bil narejen preboj v prenosu električne energije: dosegli so zmanjšanje izgub do 20 %.

Pomembno! Dandanes velika večina daljnovodov uporablja trifazni izmenični tok, razvijajo pa se tudi enosmerni daljnovodi.

Shema prenosa električne energije

Obstaja več členov v verigi od proizvodnje energije do njenega prejema s strani potrošnikov:

• generator v elektrarni, ki proizvaja električno energijo z napetostjo 6,3-24 kV (obstajajo ločene enote z višjo nazivno napetostjo);
• ojačevalne transformatorske postaje (PS);
• ultra-dolge razdalje in glavni daljnovodi z napetostjo 220-1150 kV;
• velike razdelilne postaje, ki zmanjšajo napetost na 110 kV;
• daljnovodi 35-110 kV za prenos električne energije do napajalnih centrov;
• dodatne padajoče transformatorske postaje - oskrbovalni centri, kjer prejemajo napetost 6-10 kV;
• distribucijski daljnovodi 6-10 kV;
• transformatorske točke (TP), centralne distribucijske točke, ki se nahajajo v bližini potrošnikov, za zmanjšanje napetosti na 0,4 kV;
• nizkonapetostni vodi za napajanje hiš in drugih objektov.

Distribucijske sheme

Električni vodi so nadzemni, kabelski in kabelsko nadzemni. Za večjo zanesljivost se električna energija v večini primerov prenaša na več načinov. To pomeni, da sta dve ali več linij priključeni na avtobuse postaje.

Obstajata dve shemi distribucije električne energije za 6-10 kV:

1. Trunk, ko je vod 6-10 kV skupen za napajanje več transformatorskih postaj, ki se lahko nahajajo vzdolž celotne dolžine. Če glavni daljnovod prejema napajanje iz dveh različnih napajalnikov na obeh straneh, se to vezje imenuje obročno vezje. Poleg tega se pri normalnem delovanju napaja iz enega napajalnika in odklopi od drugega s stikalnimi napravami (stikala, ločilniki);

1. Radialno. V tej shemi je vsa moč koncentrirana na koncu daljnovoda, ki je namenjen za napajanje enega porabnika.

Za vodnike z napetostjo 35 kV in več se uporabljajo naslednje sheme:

1. Radialno. Napajanje do transformatorske postaje poteka preko enokrožnega ali dvokrožnega napajalnega voda iz enokrožne transformatorske postaje. Najbolj stroškovno učinkovita je shema z eno linijo, vendar je zelo nezanesljiva. Zahvaljujoč dvokrožnim daljnovodom se ustvari rezervna moč;
2. Prstan. Avtobusi transformatorskih postaj se napajajo iz vsaj dveh daljnovodov iz neodvisnih virov. V tem primeru so lahko na napajalnih vodih odcepi (odcepni vodi), ki vodijo do drugih transformatorskih postaj. Skupno število odjemnih postaj ne sme biti več kot tri za en daljnovod.

Pomembno! Obročno omrežje napajata vsaj dve razdelilni postaji, ki se praviloma nahajata na precejšnji razdalji drug od drugega.

Transformatorske postaje

Transformatorske postaje so poleg daljnovodov glavni sestavni del energetskega sistema. Razdeljeni so na:

1. Vzgoja. Nahajajo se v bližini elektrarn. Glavna oprema so močnostni transformatorji, ki povečujejo napetost;
2. Znižanja. Nahajajo se v drugih delih elektroenergetskega omrežja, ki so bližje porabnikom. Vsebuje padajoče transformatorje.

Obstajajo tudi pretvorniške postaje, vendar niso transformatorske. Uporabljajo se za pretvorbo izmeničnega toka v enosmerni, pa tudi za pridobivanje toka druge frekvence.

Glavna oprema transformatorskih postaj:

1. Visokonapetostne in nizkonapetostne stikalne naprave. Lahko je odprtega tipa (ORU), zaprtega tipa (CLD) in popolnega (KRU);
2. Močnostni transformatorji;
3. Nadzorna plošča, relejna soba, kjer je skoncentrirana oprema za zaščito in avtomatsko krmiljenje stikalnih naprav, alarmov, merilnih instrumentov in števcev električne energije. Zadnji dve vrsti opreme in nekatere vrste zaščite so lahko prisotni tudi v stikalnih napravah;

1. Pomožna oprema transformatorske postaje, ki vključuje pomožne transformatorje (TSN), znižanje napetosti s 6-10 na 0,4 kV, 0,4 kV SN zbiralke s stikalnimi napravami, akumulator, naprave za ponovno polnjenje. Iz SN se napajajo zaščita, razsvetljava postaj, ogrevanje, motorji za pihanje transformatorjev (hlajenje) itd.. Na vlečnih železniških postajah imajo lahko pomožni transformatorji primarno napetost 27,5 ali 35 kV;
2. Stikalne naprave vsebujejo stikalne naprave za transformatorje, napajalne in odvodne vode ter napajalnike 6-10 kV: ločilnike, stikala (vakuum, SF6, olje, zrak). Napetostni transformatorji (VT) in tokovni transformatorji (CT) se uporabljajo za napajalna zaščita in merilna vezja;
3. Oprema za zaščito pred prenapetostjo: odvodniki, prenapetostni odvodniki (omejevalniki prenapetosti);
4. Reaktorji za omejevanje toka in gašenje obloka, kondenzatorske baterije in sinhronski kompenzatorji.

Zadnja povezava padajočih transformatorskih postaj so transformatorske točke (TP, KTP-komplet, MTP-mast). To so majhne naprave, ki vsebujejo 1, 2, redko 3 transformatorje, včasih zmanjšajo napetost s 35, pogosteje s 6-10 kV na 0,4 kV. Odklopniki so nameščeni na strani nizke napetosti. Od njih segajo vodi, ki neposredno distribuirajo električno energijo do dejanskih porabnikov.

Zmogljivost daljnovodov

Pri prenosu električne energije je glavni kazalnik prepustnost daljnovodov. Zanj je značilna vrednost aktivne moči, ki se prenaša vzdolž voda v normalnih delovnih pogojih. Prepustnost je odvisna od napetosti daljnovoda, njegove dolžine, dimenzij preseka in vrste voda (CL ali VL). V tem primeru je naravna moč, neodvisna od dolžine daljnovoda, delovna moč, ki se prenaša po daljnovodu s popolno kompenzacijo jalove komponente. V praksi je takšne pogoje nemogoče doseči.

Pomembno! Največja prenesena moč za daljnovode z napetostjo 110 kV in manj je omejena samo s segrevanjem žic. Pri višjih napetostnih vodih se upošteva tudi statična stabilnost elektroenergetskega sistema.

Nekatere vrednosti zmogljivosti nadzemnega voda pri učinkovitosti = 0,9:

• 110 kV: naravna moč – 30 mW, največja – 50 mW;
• 220 kV: naravna moč - 120-135 mW, največja - 350 mW za stabilnost in 280 mW za ogrevanje;
• 500 kV: naravna moč – 900 mW, največja – 1350 mW za stabilnost in 1740 mW za ogrevanje.

Izgube električne energije

Vsa električna energija, proizvedena v elektrarni, ne pride do potrošnika. Izgube električne energije so lahko:

1. Tehnični. Vzrok za izgube v žicah, transformatorjih in drugi opremi zaradi segrevanja in drugih fizičnih procesov;
2. nepopolnost računovodskega sistema v energetskih podjetjih;
3. Komercialno. Pojavijo se zaradi odjema moči, poleg merilnih naprav, razlike med dejansko porabljeno močjo in tisto, ki jo zabeleži števec itd.

Tehnologije prenosa električne energije ne mirujejo. Razvija se uporaba superprevodnih kablov, ki omogočajo zmanjšanje izgub skoraj na nič. Brezžični prenos energije ni več fantazija za polnjenje mobilnih naprav. In v Južni Koreji delajo na ustvarjanju brezžičnega sistema za prenos energije za elektrificiran transport.

Video

Ministrstvo za splošno in poklicno izobraževanje

Državna izobraževalna ustanova znanstvenega in proizvodnega združenja Sverdlovske regije

Nizhny Tagil poklicni licej "Metallurg"

POVZETEK

Prenos električne energije na daljavo

Izvajalca: Bakhter Nikolay in Borisov Yaroslav

Vodja: učiteljica fizike Lyudmila Vladimirovna Reddikh

Nižni Tagil 2008

Uvod

Poglavje 1. Električni tok

Poglavje 2. Proizvodnja električne energije

1 Alternator

2 MHD generator

3 Generator plazme - plazmatron

Poglavje 3. Prenos električne energije

1 električni vodi

2 Transformator

Poglavje 4. Energija za jeklarja

1 Proizvodnja jekla v električnih pečeh

2 Tipični sprejemniki električne energije

Zaključek

Bibliografija

Uvod

Kompleks elektroenergetskega omrežja regije Sverdlovsk, vključno z energetskim vozliščem Nižni Tagil, je na robu velikih preobrazb. Da bi se izognili energetski krizi na Srednjem Uralu, je vlada Sverdlovske regije razvila in sprejela glavne usmeritve razvoja elektroenergetike za naslednjih deset let. Govorimo predvsem o gradnji nove generacije, to je elektrarn, ki proizvajajo električno energijo, ter nadaljnjem razvoju elektroomrežnega kompleksa - gradnji in rekonstrukciji transformatorskih postaj, transformatorskih točk in daljnovodov različnih napetosti. Lani smo izdelali in potrdili dolgoročni investicijski program do leta 2012, v katerem smo navedli konkretne elektroenergetske objekte, ki jih je treba obnoviti, in tiste, ki jih je treba zgraditi.

Do leta 2001 v regiji Tagil ni primanjkovalo energetskih zmogljivosti. Potem pa so po dolgih letih krize naša industrijska podjetja šla navzgor, kot pravijo, so se začela aktivno razvijati srednja in mala podjetja, poraba električne energije pa se je znatno povečala. Danes primanjkljaj energetskih zmogljivosti v Nižnem Tagilu presega 51 megavatov. To je... skoraj dve oblogi. Toda primerjava z oblogo je pogojna. Pravzaprav je problem pomanjkanja energetskih zmogljivosti trenutno najbolj pomemben za osrednji del Nižnega Tagila. Pred štiridesetimi leti zgrajena RTP Krasny Kamen, od katere je pravzaprav odvisna energetska oskrba mestnega jedra, je že zdavnaj moralno in fizično zastarela ter deluje na meji svojih zmožnosti. Novim odjemalcem je žal treba onemogočiti priključitev na omrežje.

Nižni Tagil potrebuje novo postajo - postajo Prirečnaja z napetostjo 110/35/6 kV. Po predhodnih ocenah bo znesek kapitalskih naložb v gradnjo Prirechnaya približno 300 milijonov rubljev. Investicijski program Sverdlovenergo za Nižni Tagil vključuje tudi rekonstrukcijo transformatorske postaje Soyuznaya, gradnjo transformatorske postaje Altaiskaya na Vagonki in stikalne točke Demidovsky na območju Galyanki, kar bo korenito izboljšalo sistem oskrbe z energijo v mestu kot celoti. Glavni dogodek letošnjega leta je transformatorska postaja Staratel, v obnovo katere je Sverdlovenergo vložil 60 milijonov rubljev. Drug, prav tako pomemben dogodek v letu 2007 je bil zagon novega, drugega transformatorja v transformatorski postaji Galyanka.

Začela se je gradnja daljnovoda Chernoistochinsk - Belogorye z napetostjo 110 kV in skupno dolžino skoraj 18 kilometrov. Ta objekt je vključen tudi v investicijski program družbe Sverdlovenergo. Zagon novega visokonapetostnega daljnovoda bo omogočil zanesljivejšo oskrbo z električno energijo ne le za smučarski kompleks Belaya Mountain, temveč tudi za celotno sosednje ozemlje - vasi Uralets, Visim, Visimo-Utkinsk in druga naselja. Povedal bom več: projekt Belogorye predvideva tudi gradnjo nove transformatorske postaje Belogorye v vasi Uralets in rekonstrukcijo celotnega omrežnega kompleksa Uralets, kar je najmanj 20 kilometrov omrežij z napetostjo 0,4-6 kV. .

Za namen našega prispevka smo se odločili, da izpostavimo vprašanje prenosa električne energije ne samo na daljavo, temveč tudi njeno uporabo kot nujne sestavine pri izdelavi jekla, saj je naš poklic neločljivo povezan s tem postopkom izdelave električnega jekla.

Za dosego tega cilja smo se odločili, da si zadamo nekaj pomembnih nalog: 1) preučiti dodatno literaturo v zvezi s prenosom električne energije in elektrometalurgijo; 2) se seznani z novimi vrstami generatorjev in transformatorjev; 3) upoštevajte električni tok od njegovega prejema do dostave potrošniku; 4) obravnava fizikalne in mehanske procese proizvodnje jekla v električnih pečeh.

Sprva ljudje niso znali uporabljati jekla in so za izdelavo različnih orodij uporabljali materiale domačega izvora (baker, zlato in meteoritsko železo). Vendar te metode niso zadostovale za človeške potrebe. Ljudje so pogosto iskali priložnost, da pridobijo kovino iz rude, najdene na površju zemlje.

In tako je na prelomu drugega in prvega tisočletja pred našim štetjem nastala prva stopnja metalurgije. Človeštvo je prešlo na neposredno pridobivanje železa iz rude z njegovo redukcijo v primitivnih kovačnicah. Ker je bilo pri tem postopku uporabljeno "surovo" pihanje (ne segret zrak), se je metoda imenovala surovo pihanje.

Za drugo fazo proizvodnje jekla (XIV-XVIII stoletja) je bilo značilno izboljšanje kovačnic in povečanje obsega peči za pihanje sira. Pojav vodnega kolesa in njegova uporaba za pogon kovaških mehov je omogočila okrepitev pihanja, zvišanje temperature v kurišču in pospešitev poteka kemičnih reakcij.

Tretja stopnja je bil razvoj naprednejše in produktivnejše metode za proizvodnjo nizkoogljičnega železa v testo podobnem stanju - tako imenovani puddling proces - proces pretvorbe litega železa v železo na dnu ognjevitega odbojnika (pudling). ) peč.

Za četrto fazo (konec 19. in sredina 20. stoletja) je značilna uvedba v proizvodnjo štirih metod proizvodnje jekla - Bessemerja, Thomasa, odprtega ognjišča, pretvornika in električnega jekla, o katerem bi mimogrede želeli govoriti. približno v našem povzetku, kot primer uporabe električne energije s strani jeklarjevega pomočnika.

Poglavje 1. Električni tok

Z žicami povežimo žarnico z električno baterijo. Žice in žarilna nitka žarnice so tvorile zaprto zanko – električni krog. V tem tokokrogu teče električni tok, ki žarilno nitko segreva, dokler ne zažari. Kaj je električni tok? To je usmerjeno gibanje nabitih delcev.

V bateriji potekajo kemične reakcije, zaradi katerih se elektroni - delci snovi z najmanjšim nabojem - kopičijo na terminalu, označenem z znakom "-" (minus). Kovina, iz katere so izdelane žice in žarilna nitka žarnice, je sestavljena iz atomov, ki tvorijo kristalno mrežo. Elektroni lahko prosto prehajajo skozi to mrežo. Pretok elektronov skozi prevodnike (tako imenovane snovi, ki prenašajo električni tok) od enega terminala baterije do drugega je električni tok. Več kot gre elektronov skozi prevodnik, večja je moč električnega toka. Tok se meri v amperih (A). Če skozi vodnik teče tok 1 A, potem vsako sekundo skozi prerez vodnika preleti 6,24 * 1018 elektronov. To število elektronov nosi naboj 1 C (kulon).

Električni tok v tokokrogu, ki ga tvorijo žice, žarilna nitka in baterija, lahko primerjamo s tokom tekočine, ki teče po vodovodnih ceveh. Povezovalne žice so odseki cevi z velikim prečnim prerezom, žarilna nitka žarnice je tanka cev, baterija pa črpalka, ki ustvarja pritisk. Večji kot je tlak, večji je pretok tekočine. Baterija v električnem krogu ustvarja napetost (tlak). Višja kot je napetost, večji je tok v vezju. Napetost se meri v voltih (V). za pretok toka skozi žarnico svetilke, zaradi katere bi njena žarilna nitka zasvetila, je potrebna napetost 3-4 V. Električna energija se dovaja v stanovanja z napetostjo 127 ali 220 V in preko daljnovodov (električnih vodov) tok se prenaša pri napetosti več sto kilovoltov (kV). Električna energija, ki se sprosti v 1 s (moč), je enaka produktu toka in napetosti. Moč pri toku 1 A in napetosti 1 V je enaka 1 vatu (W).

Vse snovi ne prepuščajo električnega toka prosto, na primer steklo, porcelan, guma skoraj ne prepuščajo električnega toka. Takšne snovi imenujemo izolatorji ali dielektriki. Prevodniki so izolirani z gumo, izolatorji za visokonapetostne daljnovode so iz stekla in porcelana. Toda tudi kovine so odporne na električni tok. Ko se elektroni premikajo, »razmaknejo« atome, ki sestavljajo kovino, zaradi česar se premikajo hitreje - segrevajo prevodnik. Segrevanje prevodnikov z električnim tokom sta prva proučevala ruski znanstvenik E. H. Lenz in angleški fizik D. Joule. Lastnost električnega toka za toplotne prevodnike se pogosto uporablja v tehnologiji. Električni tok segreva žarilne nitke električnih žarnic in električnih grelnih naprav ter tali jeklo v električnih pečeh.

Leta 1820 je danski fizik G.-H. Oersted je odkril, da v bližini prevodnika, po katerem teče tok, magnetna igla odstopa. Tako je bila odkrita izjemna lastnost električnega toka, da ustvarja magnetno polje. Ta pojav je podrobno preučeval francoski znanstvenik A. Ampere. Ugotovil je, da se dve vzporedni žici, po katerih teče tok v isto smer, privlačita, če sta smeri tokov nasprotni, pa se žici odbijata. Ampere je ta pojav pojasnil z interakcijo magnetnih polj, ki jih ustvarjajo tokovi. Učinek interakcije žic s tokom in magnetnimi polji se uporablja v elektromotorjih, električnih relejih in številnih električnih merilnih instrumentih.

Še eno lastnost električnega toka lahko odkrijemo s prehajanjem toka skozi elektrolit - raztopino soli, kisline ali alkalije. V elektrolitih se molekule snovi razcepijo na ione - delce molekul s pozitivnimi ali negativnimi naboji. Tok v elektrolitu je gibanje ionov. Za prenos toka skozi elektrolit se vanj spustita dve kovinski plošči, povezani z virom toka. Pozitivni ioni se premikajo proti elektrodi, ki je povezana z negativnim priključkom. Ioni se ustvarjajo na elektrodah. Ta proces se imenuje elektroliza. S pomočjo elektrolize je mogoče izolirati čiste kovine iz soli, kromiranja in nikljanja različnih predmetov, izvajati najzahtevnejšo obdelavo izdelkov, ki jih ni mogoče izvesti na preprostih strojih za rezanje kovin, in ločiti vodo na njene sestavne dele - vodik in kisik.

V elektroliznih kopelih v žarnici, ki je priključena na baterijo svetilke, teče tok ves čas v eno smer in se jakost toka ne spreminja. Ta tok se imenuje enosmerni tok. Vendar se v tehnologiji pogosteje uporablja izmenični tok, katerega smer in moč se občasno spreminjata. Čas celotnega cikla spreminjanja smeri toka imenujemo perioda, število period v 1 s pa frekvenca izmeničnega toka. Industrijski tok, ki poganja stroje, osvetljuje ulice in stanovanja, se spreminja s frekvenco 50 period na 1 s. Izmenični tok je mogoče preprosto transformirati - njegovo napetost lahko povečate in zmanjšate s pomočjo transformatorjev.

Z izumom telegrafa in telefona so za prenos informacij začeli uporabljati električni tok. Sprva so se po žicah prenašali dolgi in kratki impulzi enosmernega toka, ki ustrezajo pikam in pomišljajem Morsejeve abecede. Takšni tokovni impulzi ali pulzirajoči tok, vendar z bolj zapletenim sistemom kodiranja informacij, se uporabljajo v sodobnih elektronskih računalnikih (računalnikih) za prenos številk, ukazov in besed iz ene strojne naprave v drugo.

Izmenični tok se lahko uporablja tudi za prenos informacij. Informacije lahko prenašamo z izmeničnim tokom tako, da na določen način spremenimo amplitudo tokovnih nihanj. To kodiranje informacij se imenuje amplitudna modulacija (AM). Možno je tudi spremeniti frekvenco nihanja izmeničnega toka, tako da določena informacija ustreza določeni spremembi frekvence. To kodiranje se imenuje frekvenčna modulacija (FM). Radijski sprejemniki imajo kanale AM ​​in FM, ki »dešifrirajo« – spremenijo v zvok – amplitudno ali frekvenčno modulirano nihanje radijskih valov, ki jih sprejema antena.

Danes je električni tok našel uporabo na vseh področjih človeške dejavnosti. Pogoni obdelovalnih strojev in strojev, avtomatski nadzorni in krmilni sistemi, številne naprave v raziskovalnih laboratorijih in gospodinjski aparati so nepredstavljivi brez uporabe električnega toka. Sodobni telefon in telegraf, radio in televizija, elektronski računalniki od žepnih kalkulatorjev do strojev, ki krmilijo lete vesoljskih plovil - vse to so naprave, ki temeljijo na najzapletenejših tokokrogih električnega toka.

Poglavje 2. Proizvodnja električne energije

.1 Alternator

Električna energija ima nedvomne prednosti pred vsemi drugimi vrstami energije. Prenaša se lahko po žici na velike razdalje z relativno nizkimi izgubami in se priročno porazdeli med potrošnike. Glavna stvar je, da je mogoče to energijo s pomočjo dokaj preprostih naprav zlahka pretvoriti v katero koli drugo obliko: mehansko, notranjo (ogrevanje teles), svetlobno energijo itd.

Izmenični tok ima prednost pred enosmernim tokom, da se napetost in tok lahko pretvarjata (transformirata) v zelo širokem območju skoraj brez izgube energije. Takšne transformacije so potrebne v številnih električnih in radijskih napravah. Še posebej velika potreba po transformaciji napetosti in toka se pojavi pri prenosu električne energije na velike razdalje.

Električni tok nastaja v generatorjih - napravah, ki pretvarjajo takšno ali drugačno energijo v električno energijo. Generatorji vključujejo galvanske celice, elektrostatične stroje, termopile, sončne celice itd. Raziskujejo se možnosti za ustvarjanje popolnoma novih vrst generatorjev. Razvijajo se na primer tako imenovane energije goriva, pri katerih se energija, ki se sprosti kot posledica reakcije vodika s kisikom, neposredno pretvori v električno energijo. Poteka uspešno delo za ustvarjanje magnetohidrodinamičnih generatorjev (MHD generatorjev). V MHD generatorjih se mehanska energija curka vročega ioniziranega plina (plazme), ki se premika v magnetnem polju, neposredno pretvori v električno energijo.

Področje uporabe vsake od naštetih vrst generatorjev električne energije določajo njihove značilnosti. Tako elektrostatični stroji ustvarjajo visoko potencialno razliko, vendar ne morejo ustvariti pomembnega toka v tokokrogu. Galvanski členi lahko proizvajajo velik tok, vendar njihovo delovanje ni dolgo.

Prevladujočo vlogo v našem času imajo elektromehanski indukcijski generatorji izmeničnega toka. V teh generatorjih se mehanska energija pretvarja v električno. Njihovo delovanje temelji na pojavu elektromagnetne indukcije. Takšni generatorji imajo razmeroma preprosto zasnovo in omogočajo pridobivanje velikih tokov pri dovolj visoki napetosti.

Ko bomo v prihodnje govorili o generatorjih, bomo mislili na indukcijske elektromehanske generatorje.

Danes je na voljo veliko različnih vrst indukcijskih generatorjev. Vendar so vsi sestavljeni iz istih osnovnih delov. To je, prvič, elektromagnet ali trajni magnet, ki ustvarja magnetno polje, in drugič, navitje, v katerem se inducira izmenični EMF (v obravnavanem modelu generatorja je to vrtljivi okvir). Ker se elektromagnetna polja, inducirana v zaporedno vezanih ovojih, seštevajo, je amplituda induciranega elektromagnetnega polja v okvirju sorazmerna s številom ovojev v njem. Sorazmeren je tudi z amplitudo izmeničnega magnetnega pretoka Фm = BS skozi vsak zavoj.

Za pridobitev velikega magnetnega pretoka generatorji uporabljajo poseben magnetni sistem, sestavljen iz dveh jeder iz elektrotehničnega jekla. Navitja, ki ustvarjajo magnetno polje, so nameščena v reže enega od jeder, navitja, v katerih se inducira EMF, pa v reže drugega. Eno od jeder (običajno notranje) se skupaj z navitjem vrti okoli vodoravne ali navpične osi. Zato se imenuje rotor (ali armatura). Stacionarno jedro s svojim navitjem se imenuje stator (ali induktor). Reža med jedri statorja in rotorja je čim manjša. To zagotavlja najvišjo vrednost pretoka magnetne indukcije.

V modelu generatorja, prikazanem na sliki 19, se vrti žični okvir, ki je rotor (čeprav brez železnega jedra). Magnetno polje ustvarja stacionarni trajni magnet. Seveda bi lahko storili nasprotno - zavrteli magnet in pustili okvir negiben.

V velikih industrijskih generatorjih se elektromagnet, ki je rotor, vrti, medtem ko so navitja, v katerih se inducira EMF, nameščena v reže statorja in ostanejo mirujoča. Dejstvo je, da je treba tok dovajati v rotor ali odstraniti iz navitja rotorja v zunanje vezje z uporabo drsnih kontaktov. Da bi to naredili, je rotor opremljen z drsnimi obroči, pritrjenimi na konca njegovega navitja. Fiksne plošče - ščetke - so pritisnjene na obroče in povezujejo navitje rotorja z zunanjim vezjem. Jakost toka v navitjih elektromagneta, ki ustvarja magnetno polje, je bistveno manjša od toka, ki ga generator dovaja v zunanje vezje. Zato je primerneje odstraniti ustvarjeni tok iz stacionarnih navitij in skozi drsne kontakte dovajati relativno šibek tok v vrteči se elektromagnet. Ta tok ustvarja ločen enosmerni generator (exciter), ki se nahaja na isti gredi.

Pri generatorjih majhne moči ustvarja magnetno polje vrteči se trajni magnet. V tem primeru obroči in ščetke sploh niso potrebni.

Pojav EMF v stacionarnih navitjih statorja je razložen s pojavom v njih vrtinčnega električnega polja, ki nastane zaradi spremembe magnetnega pretoka, ko se rotor vrti.

Če se ploščati okvir vrti v enotnem magnetnem polju, je obdobje generiranega emf enako obdobju vrtenja okvirja. To ni vedno priročno. Na primer, da dobimo izmenični tok s frekvenco 50 Hz, mora okvir narediti 50 vrt/s v enakomernem magnetnem polju, tj. 3000 vrt./min Enaka hitrost vrtenja bo potrebna v primeru vrtenja dvopolnega permanentnega magneta ali dvopolnega elektromagneta. Dejansko mora biti obdobje spremembe magnetnega pretoka, ki prodira skozi zavoje statorskega navitja, enako 1/50 s. Da bi to naredili, se mora vsak od polov rotorja obrniti 50-krat na sekundo. Hitrost vrtenja lahko zmanjšamo, če kot rotor uporabimo elektromagnet z 2, 3, 4 ... pari polov. Potem bo obdobje ustvarjenega toka ustrezalo času, ki je potreben za vrtenje rotorja za 1/2, 1/3, 1/4 ... delčke kroga. Posledično se lahko rotor vrti 2, 3, 4...krat počasneje. To je pomembno, če generator poganjajo motorji z nizko hitrostjo, kot so hidravlične turbine. Tako imajo rotorji generatorjev hidroelektrarne Uglich na Volgi 62,5 vrt / min in imajo 48 parov polov.

2.2 MHD generator

Osnova sodobne energetike so termoelektrarne (SPTE). Delovanje termoelektrarn temelji na pretvorbi toplotne energije, ki se sprošča pri zgorevanju organskega goriva, najprej v mehansko energijo vrtenja gredi parne ali plinske turbine, nato pa s pomočjo električnega generatorja v električno energijo. . Zaradi te dvojne pretvorbe se izgubi veliko energije - sprosti se kot toplota v zrak, porabi za opremo za ogrevanje itd.

Ali je mogoče zmanjšati te nehotene izdatke energije, skrajšati proces pretvorbe energije in odpraviti vmesne stopnje pretvorbe energije? Izkazalo se je, da je to mogoče. Ena izmed elektrarn, ki pretvarja energijo gibajoče se električno prevodne tekočine ali plina neposredno v električno energijo, je magnetohidrodinamični generator ali krajše MHD generator.

Tako kot pri običajnih električnih generatorjih tudi MHD generator temelji na pojavu elektromagnetne indukcije: električni tok nastane v prevodniku, ki prečka magnetne silnice. V MHD generatorju je tak prevodnik tako imenovana delovna tekočina - tekočina, plin ali tekoča kovina z visoko električno prevodnostjo. Običajno MHD generatorji uporabljajo vroč ioniziran plin ali plazmo. Ko se plazma premika čez magnetno polje, v njej nastanejo nasprotno usmerjeni tokovi nosilcev naboja - prostih elektronov in pozitivnih ionov.

Generator MHD je sestavljen iz kanala, skozi katerega se premika plazma, elektromagneta za ustvarjanje magnetnega polja in elektrod, ki dušijo nosilce naboja. Posledično nastane potencialna razlika med nasprotno ležečimi elektrodami, kar povzroči električni tok v zunanjem tokokrogu, ki je nanje priključen. Tako MHD generator pretvarja energijo gibajoče se plazme direktno v elektriko, brez vmesnih transformacij.

Glavna prednost MHD generatorja v primerjavi z običajnimi elektromagnetnimi generatorji je odsotnost gibljivih mehanskih komponent in delov, kot je na primer v turbo ali vodikovem generatorju. Ta okoliščina omogoča znatno povečanje začetne temperature delovne tekočine in posledično učinkovitost generatorja.

Prvi eksperimentalni MHD generator z močjo le 11,5 kW je bil izdelan leta 1959 v ZDA. Leta 1965 so v ZSSR raziskali prvi sovjetski MHD generator, leta 1971 pa so zagnali pilotno napravo - nekakšno elektrarno s 25 MW MHD generatorjem. Takšne elektrarne se lahko uporabljajo na primer kot rezervni ali zasilni viri električne energije, pa tudi kot viri napajanja za naprave, ki zahtevajo znatno porabo električne energije v kratkem času.

2.3 Generator plazme - plazmatron

Če trdno snov preveč segrejemo, se spremeni v tekočino. Če temperaturo dvignete še višje, bo tekočina izhlapela in se spremenila v plin.

Toda kaj se zgodi, če še naprej zvišujete temperaturo? Atomi snovi bodo začeli izgubljati svoje elektrone in se spremeniti v pozitivne ione. Namesto plina nastane plinasta zmes, sestavljena iz prosto gibajočih se elektronov, ionov in nevtralnih atomov. Imenuje se plazma.

Danes se plazma pogosto uporablja na različnih področjih znanosti in tehnologije: za toplotno obdelavo kovin, nanašanje različnih premazov nanje, taljenje in druge metalurške operacije. Kemiki v zadnjem času pogosto uporabljajo plazmo. Ugotovili so, da se v plazemskem curku hitrost in učinkovitost številnih kemičnih reakcij močno povečata. Na primer, z uvedbo metana v tok vodikove plazme ga je mogoče pretvoriti v zelo dragocen acetilen. Ali pa oljne hlape položite na številne organske spojine - etilen, propilen in druge, ki kasneje služijo kot pomembne surovine za proizvodnjo različnih polimernih materialov.

Shema generatorja plazme - plazmatrona

Plazemski curek;

Obločna razelektritev;

Plinski vrtinčni kanali;

Ognjevarna kovinska katoda;

plin, ki tvori plazmo;

Držalo za elektrode;

Izpustna komora;

elektromagnet;

Bakrena anoda.

Kako ustvariti plazmo? V ta namen se uporablja plazemski gorilnik ali generator plazme.

Če postavite kovinske elektrode v posodo s plinom in nanje napeljete visoko napetost, bo prišlo do električne razelektritve. V plinu so vedno prosti elektroni. Pod vplivom električnega toka se pospešijo in ob trčenju z atomi nevtralnega plina iz njih izbijejo elektrone in tvorijo električno nabite delce - ione, tj. ionizirajo atome. Sproščene elektrone prav tako pospeši električno polje in ionizirajo nove atome, kar dodatno poveča število prostih elektronov in ionov. Proces se razvija kot plaz, atomi snovi se zelo hitro ionizirajo in snov se spremeni v plazmo.

Ta proces poteka v obločnem plazmatronu. V njem se ustvari visoka napetost med katodo in anodo, ki je lahko na primer kovina, ki jo je treba obdelati s plazmo. V prostor izpustne komore se dovaja snov, ki tvori plazmo, najpogosteje plin - zrak, dušik, argon, vodik, metan, kisik itd. Pod vplivom visoke napetosti pride do razelektritve v plinu in med katodo in anodo nastane plazemski oblok. Da bi se izognili pregrevanju sten izpustne komore, jih ohladimo z vodo. Naprave te vrste se imenujejo plazemski gorilniki z zunanjim plazemskim oblokom. Uporabljajo se za rezanje, varjenje, taljenje kovin itd.

Plazemski gorilnik je zasnovan nekoliko drugače za ustvarjanje plazemskega curka. Plin, ki tvori plazmo, se z visoko hitrostjo vpihuje skozi sistem spiralnih kanalov in se "vžge" v prostoru med katodo in stenami razelektritvene komore, ki so anoda. Plazma, zvita v gost curek zaradi spiralnih kanalov, se izloča iz šobe, njena hitrost pa lahko doseže od 1 do 10.000 m/s. Magnetno polje, ki ga ustvari induktor, pomaga "stisniti" plazmo iz sten komore in narediti njen curek bolj gost. Temperatura plazemskega curka na izstopu iz šobe je od 3000 do 25000 K.

Pobliže si oglejte to risbo. Vas spominja na nekaj znanega?

Seveda je to reaktivni motor. Potisna sila v reaktivnem motorju nastane zaradi toka vročih plinov, ki se z veliko hitrostjo izvržejo iz šobe. Večja kot je hitrost, večja je vlečna sila. Kaj je slabše pri plazmi? Hitrost curka je povsem primerna - do 10 km/s. In s pomočjo posebnih električnih polj je mogoče plazmo še pospešiti – do 100 km/s. To je približno 100-krat večja od hitrosti plinov v obstoječih reaktivnih motorjih. To pomeni, da je lahko potisk plazemskih ali električnih reaktivnih motorjev večji, poraba goriva pa se lahko bistveno zmanjša. Prve vzorce plazemskih motorjev so že preizkusili v vesolju.

Poglavje 3. Prenos električne energije

.1 Električni vodi

Električna energija se od vseh vrst energije razlikuje po tem, da se njeni močni tokovi skoraj v trenutku prenašajo na tisoče kilometrov. »Kanali« energetskih rek so daljnovodi (PTL) – glavne povezave energetskih sistemov.

Trenutno se gradita dve vrsti daljnovodov: nadzemni, ki prenašajo tok po žicah nad površino zemlje, in podzemni, ki prenašajo tok po napajalnih kablih, praviloma položenih v jarkih pod zemljo.

Električni vodi so sestavljeni iz nosilcev - betonskih ali kovinskih, na ramena katerih so pritrjeni venci iz porcelana ali steklenih izolatorjev. Bakrene, aluminijaste ali jekleno-aluminijeve žice so raztegnjene med nosilci in obešene na izolatorje. Daljnovod omogoča korakanje skozi puščave in tajgo, vzpon visoko v gore, prečkanje rek in gorskih sotesk.

Zrak služi kot izolator med žicami. Zato večja kot je napetost, večja mora biti razdalja med žicami. Daljnovodi potekajo tudi po poljih, v bližini naseljenih območij. Zato morajo biti žice obešene na višini, ki je varna za ljudi. Lastnosti zraka kot izolatorja so odvisne od podnebja in vremenskih razmer. Graditelji daljnovodov morajo upoštevati moč prevladujočih vetrov, razlike v poletnih in zimskih temperaturah in še marsikaj. Zato gradnja vsakega novega daljnovoda zahteva resno delo geodetov najboljše trase, znanstvene raziskave, modeliranje, zapletene inženirske izračune in celo visoko usposobljenost gradbenikov.

V načrtu GOERLO je bilo predvideno sočasno ustvarjanje močnih elektrarn in električnih omrežij. Pri prenosu električne energije po žicah na daljavo so izgube energije neizogibne, saj električni tok skozi žice segreva. Zato je oddajanje nizkonapetostnega toka 127 - 220 V, ko vstopi v naša stanovanja, na razdalji več kot 2 km nedonosno. Da bi zmanjšali izgube v žicah, se napetost električnega toka poveča na električnih stopenjskih postajah, preden se dovede v vod. S povečanjem moči elektrarn in širjenjem ozemlja, ki ga pokriva elektrifikacija, se napetost izmeničnega toka na daljnovodih stalno povečuje na 220, 380, 500 in 750 kV. Za povezavo elektroenergetskih sistemov Sibirije, Severnega Kazahstana in Urala je bil zgrajen daljnovod 1150 kV. Takšnih vodov ni v nobeni državi na svetu: višina nosilcev je do 45 m (višina 15-nadstropne stavbe), razdalja med žicami vsake od treh faz je 23 m.

Vendar pa so visokonapetostne žice nevarne za življenje in jih ni mogoče voditi v hiše, tovarne in tovarne. Zato se pred prenosom električne energije do potrošnika visokonapetostni tok zmanjša na padajočih transformatorskih postajah.

Prenosno vezje AC je naslednje. Nizkonapetostni tok, ki ga ustvari generator, se napaja v transformator podporne postaje, pretvori v visokonapetostni tok, nato vzdolž daljnovoda gre do mesta porabe energije, kjer ga transformator pretvori v nizko napetost tok, nato pa gre potrošnikom.

Naša država je utemeljiteljica druge vrste daljnovodov - enosmernih daljnovodov. Bolj donosno je prenašati enosmerni tok po električnih vodih kot izmenični tok, saj če dolžina voda presega 1,5-2 tisoč km, bodo izgube električne energije pri prenosu enosmernega toka manjše. Pred uvedbo toka v potrošniške domove se le-ta pretvori nazaj v izmenični tok.

Za uvedbo visokonapetostnega toka v mesta in njegovo distribucijo do električnih transformatorskih postaj so kabelski daljnovodi položeni pod zemljo. Strokovnjaki menijo, da se bodo nadzemni daljnovodi v prihodnosti praviloma umaknili kablovodom. Nadzemni vodi imajo slabost: okrog visokonapetostnih žic se ustvari električno polje, ki presega zemeljsko magnetno polje. In to negativno vpliva na človeško telo. To lahko predstavlja še večjo nevarnost v prihodnosti, ko se napetost in tok, ki se prenašata po daljnovodih, še povečata. Da bi se izognili nezaželenim posledicam, je treba že sedaj ustvariti »proti« okoli daljnovodov, kjer je prepovedano kar koli graditi.

Preizkušen je bil kabelski vod, ki simulira bodoče superprevodne daljnovode. Znotraj kovinske cevi, prekrite z več plastmi najnaprednejše toplotne izolacije, je bakreno jedro, sestavljeno iz številnih prevodnikov, od katerih je vsak prekrit s filmom iz niobija. Znotraj cevi se vzdržuje pravi kozmični mraz – temperatura 4,2 K. Pri tej temperaturi ne pride do izgube električne energije zaradi upora.

Za prenos električne energije so znanstveniki razvili plinovode (GIL). GIL je kovinska cev, napolnjena s plinom - žveplovim heksafluoridom. Ta plin je odličen izolator. Izračuni kažejo, da je pri povečanem tlaku plina možno prenesti električni tok z napetostjo do 500 kV skozi žice, položene znotraj cevi.

Kabelski daljnovodi, položeni pod zemljo, bodo prihranili na stotine tisoče hektarjev dragocene zemlje, zlasti v velikih mestih.

Kot smo že povedali, je takšen prenos električne energije povezan z opaznimi izgubami. Dejstvo je, da električni tok segreva žice daljnovodov. V skladu z zakonom Joule-Lenz je energija, porabljena za ogrevanje žic linije, določena s formulo

Q = jaz 2Rt

kjer je R linijski upor. Če je dolžina voda zelo dolga, lahko prenos energije postane ekonomsko nerentabilen. Praktično je zelo težko občutno zmanjšati upor linije. Zato je potrebno zmanjšati jakost toka.

Ker je trenutna moč sorazmerna zmnožku toka in napetosti, je za ohranitev prenesene moči potrebno povečati napetost v daljnovodu. Poleg tega, daljši kot je daljnovod, bolj donosna je uporaba višje napetosti. Tako se v visokonapetostnem daljnovodu Volzhskaya HPP - Moskva uporablja napetost 500 kV. Medtem so generatorji izmeničnega toka zgrajeni za napetosti, ki ne presegajo 16-20 kV. Višje napetosti bi zahtevale kompleksne posebne ukrepe za izolacijo navitij in drugih delov generatorjev.

Zato se v velikih elektrarnah vgrajujejo povečevalni transformatorji. Transformator poveča napetost v liniji za toliko, kolikor zmanjša tok.

Za neposredno uporabo električne energije v motorjih obdelovalnih strojev, v omrežju razsvetljave in za druge namene je treba napetost na koncih voda zmanjšati. To se doseže z uporabo padajočih transformatorjev.

Običajno zmanjšanje napetosti in s tem povečanje toka poteka v več fazah. Na vsaki stopnji je napetost vedno manjša, ozemlje, ki ga pokriva električno omrežje, pa se širi (slika 4).

Ko je napetost zelo visoka, se med žicami začne koronska razelektritev, ki povzroči izgubo energije. Dovoljena amplituda izmenične napetosti mora biti taka, da so za določeno površino prečnega prereza žice izgube energije zaradi koronskega praznjenja nepomembne.

Električne elektrarne v številnih regijah države so povezane z visokonapetostnimi daljnovodi, ki tvorijo skupno električno omrežje, na katerega so priključeni potrošniki. Ta kombinacija, imenovana energetski sistem, omogoča izravnavo "vrhunskih" obremenitev porabe energije v jutranjih in večernih urah. Elektroenergetski sistem zagotavlja nemoteno oskrbo odjemalcev z energijo ne glede na njihovo lokacijo. Zdaj skoraj celotno ozemlje države oskrbujejo z električno energijo enotni energetski sistemi.

Izguba 1% električne energije na dan za našo državo prinese izgubo v višini približno pol milijona rubljev.

3.2 Transformator

Izmenični tok se od enosmernega razlikuje po tem, da je njegovo moč razmeroma enostavno spreminjati. Naprave, ki pretvarjajo izmenični tok ene napetosti v izmenični tok druge napetosti, se imenujejo električni transformatorji (iz latinske besede "transformo" - "preoblikujem"). Transformator je leta 1876 izumil ruski elektrotehnik P. N. Yablochkin.

Transformator je sestavljen iz več tuljav (navitij), navitih na okvir z izolirano žico, ki so nameščeni na jedru iz tankih specialnih jeklenih plošč.

Izmenični električni tok, ki teče skozi eno od navitij, imenovano primarno, ustvari okoli njega in v jedru izmenično magnetno polje, ki prečka zavoje drugega - sekundarnega - navitja transformatorja in v njem vzbuja izmenično elektromotorno silo. Dovolj je, da na sponke sekundarnega navitja priključite žarnico z žarilno nitko in v nastalem zaprtem krogu bo tekel izmenični tok. Tako se električna energija prenaša iz enega navitja transformatorja v drugega, ne da bi jih neposredno povezala, le zaradi izmeničnega magnetnega polja, ki povezuje navitja.

Če imata obe navitji različno število ovojev, bo v sekundarnem navitju inducirana enaka napetost kot v primarnem. Na primer, če na primarno navitje transformatorja uporabite izmenični tok 220 V, se bo v sekundarnem navitju pojavil tok 220 V. Če so navitja različna, napetost v sekundarnem navitju ne bo enaka na napetost, ki se dovaja v primarno navitje. V stopenjskem transformatorju, tj. v transformatorju, ki poveča napetost električnega toka, vsebuje sekundarno navitje več ovojev kot primarno, zato je napetost na njem večja kot na primarnem. V padajočem transformatorju, nasprotno, sekundarno navitje vsebuje manj obratov kot primarno, zato je napetost na njem manjša.

Transformatorji se pogosto uporabljajo v industriji in vsakdanjem življenju. Močnostni električni transformatorji omogočajo prenos izmeničnega toka vzdolž daljnovodov na velike razdalje z majhnimi izgubami energije. Da bi to naredili, se napetost izmeničnega toka, ki jo ustvarijo generatorji elektrarne, s pomočjo transformatorjev dvigne na napetost nekaj sto tisoč voltov in se pošlje vzdolž daljnovodov v različnih smereh. Na odjemni točki, ki je več kilometrov oddaljena od elektrarne, to napetost znižujejo transformatorji.

Med delovanjem se močni transformatorji zelo segrejejo. Za zmanjšanje segrevanja jedra in navitij so transformatorji nameščeni v posebne rezervoarje z mineralnim oljem. Električni transformator, opremljen s takšnim hladilnim sistemom, ima zelo impresivne dimenzije: njegova višina doseže več metrov, njegova teža pa na stotine ton. Poleg takih transformatorjev obstajajo tudi pritlikavi transformatorji, ki delujejo v radiu, televiziji, magnetofonih in telefonih. S pomočjo takšnih transformatorjev se pridobi več napetosti, ki napajajo različna vezja naprave, prenašajo signale iz enega električnega tokokroga v drugega, od kaskade do kaskade in ločujejo električna vezja.

Kot smo že povedali, je transformator sestavljen iz zaprtega jeklenega jedra, na katerem sta nameščeni dve (včasih več) tuljavi z žičnimi navitji (slika 5). Eno od navitij, imenovano primarno navitje, je priključeno na vir izmenične napetosti. Drugo navitje, na katerega je priključena "obremenitev", tj. naprave in naprave, ki porabljajo električno energijo, imenujemo sekundarne. Diagram zasnove transformatorja z dvema navitjema je prikazan na sliki 6.

Delovanje transformatorja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije. Ko skozi primarno navitje teče izmenični tok, se v jedru pojavi izmenični magnetni tok, ki v vsakem navitju vzbuja inducirano emf. Jekleno jedro transformatorja koncentrira magnetno polje tako, da magnetni tok obstaja skoraj izključno znotraj jedra in je enak v vseh njegovih delih.

Trenutna vrednost inducirane emf e v katerem koli obratu primarnega ali sekundarnega navitja je enaka. Po Faradayevem zakonu je določena s formulo

e = - Ф,

kjer je F odvod toka magnetne indukcije glede na čas. če

F=F m cos wt, torej

torej

e = wФ m sinwt,

e = E m sinwt,

kjer E m = wФ m - amplituda EMF v enem obratu.

Če je na konce sekundarnega navitja priključen tokokrog, ki porablja električno energijo, ali, kot pravijo, obremenjen transformator, potem tok v sekundarnem navitju ne bo več enak nič. Nastali tok naj bi po Lenzovem pravilu zmanjšal spremembe magnetnega polja v jedru.

Toda zmanjšanje amplitude nihanj nastalega magnetnega pretoka bi moralo posledično zmanjšati inducirano emf v primarnem navitju. Vendar je to nemogoče, saj po u 1~e 1. zato se ob sklenitvi tokokroga sekundarnega navitja tok v primarnem navitju samodejno poveča. Njegova amplituda se poveča tako, da se obnovi prejšnja vrednost amplitude nihanj nastalega magnetnega pretoka.

Povečanje jakosti toka v tokokrogu primarnega navitja se pojavi v skladu z zakonom o ohranjanju energije: sprostitev električne energije v tokokrog, povezan s sekundarnim navitjem transformatorja, spremlja poraba iste energije iz omrežja s strani primarno navitje. Moč v primarnem krogu pri obremenitvi transformatorja blizu nazivne je približno enaka moči v sekundarnem krogu: U 1jaz 1~U 2jaz 2.

To pomeni, da z večkratnim povečanjem napetosti s pomočjo transformatorja zmanjšamo tok za enako količino (in obratno).

V sodobnih močnih transformatorjih skupne izgube energije ne presegajo 2-3%.

Da bi bil prenos električne energije ekonomsko donosen, je potrebno, da so toplotne izgube žic čim manjše. To se doseže s prenosom električne energije na velike razdalje pod visoko napetostjo. Dejstvo je, da se lahko pri povečanju napetosti ista energija prenese pri nižji jakosti toka, kar vodi do zmanjšanja segrevanja žic in s tem do zmanjšanja izgub energije. V praksi se pri prenosu energije uporabljajo napetosti 110, 220, 380, 500, 750 in 1150 kV. Daljši kot je električni vod, višjo napetost uporablja.

Generatorji izmeničnega toka proizvajajo napetost nekaj kilovoltov. Pretvarjanje generatorjev na višje napetosti je težavno - v teh primerih bi bila potrebna posebej visoka kakovost izolacije vseh delov generatorja pod tokom. Zato je pri prenosu energije na dolge razdalje potrebno povečati napetost z uporabo transformatorjev, nameščenih na podpornih postajah.

Shema delovanja električnih postaj: stopenjska, pretvorna (vlečna), stopnička.

Pretvorjena visoka napetost se preko daljnovodov prenaša do odjemnega mesta. Toda potrošnik ne potrebuje visoke napetosti. Treba ga je znižati. To se doseže pri padajočih transformatorskih postajah.

Nizke razdelilne postaje delimo na okrožne, glavne padajoče in lokalne transformatorske postaje. Okrajni prejemajo električno energijo neposredno iz visokonapetostnih daljnovodov, znižajo napetost in jo prenesejo v glavne padajoče transformatorske postaje, kjer se napetost zniža na 6,10 ali 35 kV. Iz glavnih razdelilnih postaj se električna energija napaja v lokalne, kjer se napetost zmanjša na 500, 380, 220 V in se distribuira v industrijska podjetja in stanovanjske zgradbe.

Včasih je za povečevalno postajo tudi pretvorniška postaja, kjer se izmenični električni tok pretvarja v enosmerni. Tukaj poteka trenutna korekcija. Enosmerni tok se prenaša po električnih vodih na velike razdalje. Na koncu proge na isti transformatorski postaji se ponovno pretvori (invertira) v izmenični tok, ki se napaja v glavne padajoče transformatorske postaje. Za napajanje elektrificiranih transportnih in industrijskih naprav z enosmernim tokom so poleg glavnih padajočih in lokalnih transformatorskih postaj zgrajene pretvorniške postaje (v prometu se imenujejo vlečne).

transformatorski generator električnega toka

Poglavje 4. Energija za jeklarja

.1 Proizvodnja jekla v električnih pečeh

Električna peč je naprava, v kateri se toplota, pridobljena s pretvorbo električne energije v toplotno energijo, prenaša na material, ki se tali. Glede na način pretvorbe električne energije v toploto delimo električne peči v naslednje skupine:

) oblok, pri katerem se električna energija v obloku pretvarja v toploto;

) uporovne peči, pri katerih nastaja toplota v posebnih elementih ali surovinah zaradi prehajanja električnega toka skozi njih;

) kombinirane, ki delujejo hkrati kot obločne in uporovne peči (rudno-termične peči);

) indukcija, pri kateri se kovina segreva z vrtinčnimi tokovi, ki jih vzbuja elektromagnetna indukcija;

) elektronski žarek, pri katerem se s pomočjo električnega toka v vakuumu ustvari strogo usmerjen tok elektronov, ki obstreljujejo in talijo izhodne snovi;

) plazma, pri kateri se segrevanje in taljenje kovin izvaja z nizkotemperaturno plazmo.

V električni peči je mogoče izdelati legirano jeklo z nizko vsebnostjo žvepla in fosforja, nekovinskih vključkov, medtem ko je izguba legirnih elementov veliko manjša. V procesu električnega taljenja je mogoče natančno regulirati temperaturo kovine in njeno sestavo ter taliti zlitine skoraj katere koli sestave.

Električne peči imajo pomembne prednosti pred drugimi enotami za izdelavo jekla, zato se visokolegirane orodne zlitine, nerjavne zlitine s krogličnimi ležaji, toplotno odporna in toplotno odporna jekla, pa tudi številna konstrukcijska jekla talijo samo v teh pečeh. Zmogljive električne peči se uspešno uporabljajo za proizvodnjo nizkolegiranih in visokoogljičnih jekel z odprtim ognjiščem. Poleg tega se v električnih pečeh proizvajajo različne ferozlitine, ki so zlitine železa z elementi, ki jih je treba odstraniti v jeklo za legiranje in dezoksidacijo.

Gradnja elektroobločnih peči.

Prva elektroobločna peč v Rusiji je bila postavljena leta 1910 v obratu Obukhov. V letih petletk je bilo zgrajenih na stotine različnih peči. Zmogljivost največje peči v ZSSR je 200 ton Peč je sestavljena iz cilindričnega železnega ohišja s sferičnim dnom. Notranjost ohišja ima ognjevarno oblogo. Talilni prostor peči je pokrit s snemljivo streho.

Pečica ima delovno okno in odvod z odtočno korito. Peč se napaja s trifaznim izmeničnim tokom. Segrevanje in taljenje kovine poteka z močnimi električnimi loki, ki gorijo med konci treh elektrod in kovino v peči. Peč stoji na dveh podpornih sektorjih, ki se valjata vzdolž okvirja. Nagib peči proti izhodu in delovnemu oknu se izvede z uporabo mehanizma z zobato letvijo. Pred polnjenjem peči se lok, obešen na verige, dvigne do portala, nato se portal z lokom in elektrodami obrne proti odtočnemu žlebu in peč napolni s kadjo.

Mehanska oprema obločne peči.

Ohišje peči mora prenesti obremenitev mase ognjevzdržnih materialov in kovine. Izdelan je iz varjene pločevine debeline 16-50 mm, odvisno od velikosti peči. Oblika ohišja določa profil delovnega prostora elektroobločne peči. Najpogostejši tip ohišja, ki se trenutno uporablja, je stožčasto ohišje. Spodnji del ohišja ima obliko valja, zgornji del je stožčaste oblike s podaljškom proti vrhu. Ta oblika ohišja olajša polnjenje peči z ognjevzdržnim materialom, nagnjene stene povečajo vzdržljivost zidu, saj se nahaja dlje od električnih lokov. Uporabljajo se tudi cilindrična ohišja z vodno hlajenimi ploščami. Za ohranitev pravilne cilindrične oblike je ohišje ojačano z rebri in ojačevalnimi obroči. Dno ohišja je običajno izdelano kroglasto, kar zagotavlja največjo trdnost ohišja in minimalno maso zidu. Dno je iz nemagnetnega jekla za namestitev elektromagnetnega mešala pod pečjo.

Vrh pečice je pokrit z obokom. Obok je sestavljen iz ognjevarnih zidakov v kovinskem vodno hlajenem oboku, ki vzdrži potisne sile obokanega sferičnega oboka.V spodnjem delu obroča je izboklina - nož, ki se prilega peščenemu tesnilu oboka. ohišje peči. V zidaku oboka so ostale tri luknje za elektrode. Premer lukenj je večji od premera elektrode, zato med taljenjem v režo rinejo vroči plini, ki uničijo elektrodo in odvzamejo toploto iz peči. Da bi to preprečili, so na oboku nameščeni hladilniki ali ekonomizatorji, ki služijo tesnjenju elektrodnih lukenj in hlajenju zidakov oboka. Plinskodinamični ekonomizatorji zagotavljajo tesnjenje z uporabo zračne zavese okoli elektrode. Streha ima tudi luknjo za odsesavanje prašnih plinov in luknjo za kisikovo cev.

Za nalaganje polnila v peč z majhno prostornino in nalaganje legirnih snovi in ​​talil v velike peči, peči za nalaganje žlindre, pregled, polnjenje in popravilo peči je na voljo nakladalno okno, uokvirjeno z litim okvirjem. Na okvirju so pritrjena vodila, po katerih drsi blažilnik. Loputa je obložena z ognjevarno opeko. Za dvig lopute se uporablja pnevmatski, hidravlični ali elektromehanski pogon.

Na nasprotni strani ima ohišje okence za izpust jekla iz peči. Na okno je privarjen odtočni žleb. Luknja za izpust jekla je lahko okrogla s premerom 120-150 mm ali kvadratna s premerom 150 x 250 mm. Odtočna žleb ima koritast prečni prerez in je privarjena na ohišje pod kotom 10-12° glede na horizontalo. Notranjost žleba je obložena s šamotno opeko, njegova dolžina je 1-2 m.

Držala za elektrode se uporabljajo za dovajanje toka na elektrode in za vpenjanje elektrod. Glave nosilcev elektrod so izdelane iz brona ali jekla in se hladijo z vodo, saj so zelo vroče tako zaradi toplote iz peči kot zaradi kontaktnih tokov. Držalo za elektrode mora elektrodo tesno pritrditi in imeti nizek kontaktni upor. Najpogostejši trenutno je vzmetno-pnevmatsko držalo elektrod. Elektroda je vpeta s pomočjo fiksnega obroča in vpenjalne plošče, ki jo vzmet pritisne na elektrodo. Plošča je stisnjena iz elektrode in vzmet je stisnjena s stisnjenim zrakom. Držalo elektrode je nameščeno na kovinskem tulcu - konzoli, ki je pritrjena na premično stojalo v obliki črke L v eno togo strukturo. Stebriček se lahko premika navzgor ali navzdol znotraj fiksnega stebrička. Trije fiksni stebri so togo povezani v eno skupno strukturo, ki leži na ploščadi nosilne zibelke peči.

Gibanje premičnih teleskopskih regalov poteka bodisi s pomočjo sistema kablov in protiuteži, ki jih poganjajo elektromotorji, bodisi s pomočjo hidravličnih naprav. Mehanizmi za premikanje elektrod morajo zagotavljati hitro dviganje elektrod v primeru sesedanja naboja med postopkom taljenja, pa tudi gladko spuščanje elektrod, da se prepreči njihova potopitev v kovino ali udarci v nestaljene kose napolniti. Hitrost dviganja elektrod je 2,5-6,0 m/min, hitrost spuščanja 1,0-2,0 m/min.

Nagibni mehanizem peči mora gladko nagniti peč proti izhodu pod kotom 40-45 ° za izpust jekla in pod kotom 10-15 stopinj proti delovnemu oknu za izpust žlindre. Ogrodje peči ali zibelka, na katero je nameščeno telo, sloni na dveh do štirih nosilnih sektorjih, ki se kotalijo po vodoravnih vodilih. Sektorji imajo luknje, vodila pa zobe, ki preprečujejo zdrs sektorjev pri nagibu pečice. Nagibanje peči se izvede z uporabo zobniškega mehanizma ali hidravličnega pogona. Dva cilindra sta nameščena na fiksnih nosilcih temeljev, palice pa so na tečajih povezane z nosilnimi sektorji zibelke peči.

Sistem za polnjenje peči je na voljo v dveh vrstah: skozi polnilno okno z uporabo polnilnega stroja muldoza in skozi vrh z uporabo žlice. Polnjenje skozi okno se uporablja samo pri majhnih pečeh. Pri polnjenju peči od zgoraj v enem ali dveh korakih 5 minut se obloga manj ohladi in čas taljenja se skrajša; poraba energije se zmanjša; Prostornina peči se uporablja bolj učinkovito. Za polnjenje peči se streha dvigne za 150-200 mm nad ohišje peči in se skupaj z elektrodami obrne na stran, tako da se delovni prostor peči popolnoma odpre za vnos polnilne kadi. Streha peči je obešena na okvir. Povezan je s fiksnimi stojali nosilcev elektrod v eno togo strukturo, ki leži na vrtljivi konzoli, ki je nameščena na nosilnem ležaju. Velike peči imajo vrtljiv stolp, v katerem so koncentrirani vsi mehanizmi za obračanje strehe. Stolp se vrti okoli tečaja na valjih vzdolž lokaste tirnice.

Kad je jekleni valj, katerega premer je manjši od premera delovnega prostora peči. Na dnu cilindra so premični gibljivi sektorji, katerih konci so potegnjeni skupaj skozi obroče s kablom. Tehtanje in nakladanje polnila se izvaja na polnilnem dvorišču talilnice električne peči. Kad se v delavnico pripelje na vozičku, dvigne z žerjavom in spusti v peč.

S pomočjo pomožnega dviga žerjava se kabel izvleče iz ušes sektorjev in pri dvigu kadi se sektorji odprejo, polnitev pa se odlaga v peč v vrstnem redu, kot je bila vložena v peč. kad. Kadar kot polnilo uporabimo metalizirane pelete, lahko polnjenje poteka neprekinjeno skozi cevovod, ki prehaja v luknjo v strehi peči. Med taljenjem elektrode v naboj izrežejo tri jamice, na dnu katerih se nabira tekoča kovina. Za pospešitev taljenja so peči opremljene z vrtljivo napravo, ki obrne telo v eno ali drugo smer pod kotom 80°. V tem primeru elektrode izrežejo devet vrtin v naboju. Če želite zavrteti telo, dvignite lok, dvignite elektrode nad nivo napolnjenosti in obrnite telo s pomočjo obroča, pritrjenega na telo in zobnike. Telo peči sloni na valjih.

Čiščenje izpušnih plinov.

Sodobne velike obločne peči za taljenje jekla med delovanjem oddajajo v ozračje velike količine prašnih plinov. K temu dodatno prispeva uporaba kisika in praškastih materialov.

Vsebnost prahu v plinih elektroobločnih peči doseže 10 g/m^3 in znatno presega normo. Za zbiranje prahu se plini sesajo iz delovnega prostora peči z močnim ventilatorjem. Da bi to naredili, je v strehi peči izdelana četrta luknja s sesalno cevjo za plin. Cev je povezana s stacionarnim cevovodom skozi režo, ki omogoča nagibanje ali vrtenje pečice. Med potjo se plini razredčijo z zrakom, potrebnim za naknadno zgorevanje CO. Plini se nato z vodnimi curki ohladijo v toplotnem izmenjevalniku in usmerijo v sistem venturijevih cevi, kjer se z vlaženjem zadržuje prah. Uporabljajo se tudi tkaninski filtri, dezintegratorji in električni filtri. Uporabljajo se plinski čistilni sistemi, ki zajemajo celotno elektropečnico z vgradnjo odvodnih nap pod streho trgovine nad elektropečmi.

Obloga peči.

Večina obločnih peči ima glavno oblogo iz materialov na osnovi MgO. Obloga peči ustvarja kovinsko kopel in igra vlogo toplotnoizolacijskega sloja, ki zmanjšuje toplotne izgube. Glavni deli obloge so dno peči, stene in streha. Temperatura v območju električnih lokov doseže več tisoč stopinj. Čeprav je obloga peči ločena od lokov, mora še vedno vzdržati temperature do 1700°C. V zvezi s tem morajo materiali, uporabljeni za obloge, imeti visoko požarno odpornost, mehansko trdnost, toplotno in kemično odpornost. Kurišče peči za taljenje jekla se sestavi v naslednjem vrstnem redu. Azbestna pločevina je položena na jekleno ohišje, na azbestni sloj šamotnega prahu, dve plasti šamotnih zidakov in osnovni sloj magnezitnih zidakov. Delovni sloj magnezitnega prahu s smolo in smolo, produkt rafiniranja nafte, se napolni na dno magnezitne opeke. Debelina tiskanega sloja je 200 mm. Skupna debelina kurišča je približno enaka globini kopeli in lahko pri velikih pečeh doseže 1 m. Stene peči so postavljene po ustreznem polaganju azbestnih in šamotnih opek iz velikih nežganih magnezitno-kromitnih opek dolžine do 430 mm. Zidne zidove lahko izdelamo iz opeke v železnih kasetah, ki zagotavljajo varjenje opeke v en monolitni blok. Trajnost sten doseže 100-150 talin. Trajnost kurišča je eno do dve leti. Obloga strehe peči deluje v težkih pogojih. Prenaša velike toplotne obremenitve zaradi gorečih oblokov in toplote, ki jo odbija žlindra. Oboki velikih peči so izdelani iz magnezitno-kromitnih opek. Pri gradnji oboka se uporabljajo običajne in oblikovane opeke. V prečnem prerezu ima obok obliko loka, ki zagotavlja tesno oprijem opeke med seboj. Obstojnost loka je 50 - 100 taljenja. Odvisno je od električnega načina taljenja, od časa zadrževanja tekoče kovine v peči, sestave jekla in žlindre, ki se tali. Trenutno postajajo vodno hlajeni oboki in stenske plošče zelo razširjene. Ti elementi olajšajo servis obloge.

Tok se dovaja v talilni prostor peči preko elektrod, sestavljenih iz odsekov, od katerih je vsaka okrogla gredica s premerom od 100 do 610 mm in dolžino do 1500 mm. V majhnih električnih pečeh se uporabljajo ogljikove elektrode, v velikih - grafitne. Grafitne elektrode so izdelane iz ogljikovih materialov z nizko vsebnostjo pepela: naftnega koksa, smole, smole. Elektrodno maso premešamo in stisnemo, nato pa surovi obdelovanec žgemo v plinskih pečeh pri 1300 stopinjah in podvržemo dodatnemu grafitizirajočemu žganju pri temperaturi 2600 - 2800 stopinj v elektrouporovnih pečeh. Med delovanjem zaradi oksidacije s kurilnimi plini in atomizacije med zgorevanjem obloka elektrode izgorijo.

Ko se elektroda skrajša, se spusti v peč. V tem primeru se držalo elektrode približa loku. Pride točka, ko elektroda postane tako kratka, da ne more vzdržati obloka, in jo je treba podaljšati. Za podaljšanje elektrod so na koncih odsekov izdelane navojne luknje, v katere je privit adapter-nastavek, s katerim so povezani posamezni odseki. Poraba elektrod je 5-9 kg na tono proizvedenega jekla.

Električni oblok je ena od vrst električne razelektritve, pri kateri tok teče skozi ionizirane pline in kovinske hlape. Ko se elektrodi za kratek čas približata naboju ali ena drugi, pride do kratkega stika.

Teče velik tok. Konci elektrod se segrejejo do bele barve. Pri razmiku elektrod nastane med njima električni oblok. Termionska emisija elektronov nastane iz vroče katode, ki se v smeri proti anodi zaletijo v nevtralne molekule plina in jih ionizirajo. Negativni ioni so usmerjeni na anodo, pozitivni ioni na katodo. Prostor med anodo in katodo postane ioniziran in prevoden. Bombardiranje anode z elektroni in ioni povzroči, da se močno segreje. Temperatura anode lahko doseže 4000 stopinj. Oblok lahko gori na enosmerni in izmenični tok. Elektroobločne peči delujejo na izmenični tok. Pred kratkim so v Nemčiji zgradili elektroobločno peč na enosmerni tok.

V prvi polovici obdobja, ko je elektroda katoda, oblok gori. Ko se polarnost spremeni, ko naboj - kovina - postane katoda, oblok ugasne, saj v začetnem obdobju taljenja kovina še ni bila segreta in je njena temperatura nezadostna za emisijo elektronov. Zato v začetnem obdobju taljenja lok gori nemirno in občasno. Ko je kopel prekrita s plastjo žlindre, se lok stabilizira in gori bolj enakomerno.

Električna oprema.

Elektrode služijo za dovod toka v delovni prostor peči in tvorijo električni oblok. Elektrode so lahko ogljikove ali grafitne. Pri izdelavi električnega jekla se uporabljajo predvsem grafitizirane elektrode. Ogljikove elektrode se običajno uporabljajo v majhnih pečeh.

Električna oprema obločnih peči vključuje opremo za glavni tokovni tokokrog, krmilno in merilno, zaščitno in signalno opremo, pa tudi avtomatski regulator mehanizma za premikanje elektrod, električne pogone za mehanizme peči in napravo za elektromagnetno mešanje kovin.

Delovna napetost elektroobločnih peči je 100 - 800 V, tok pa se meri v desettisočih amperov. Moč posamezne instalacije lahko doseže 50 - 140 MVA*A. Tokovna napetost do 110 kV se napaja v transformatorski postaji električne peči. Visoka napetost napaja primarna navitja transformatorjev peči. Električna oprema obločne peči vključuje naslednje naprave:

Zračni ločilnik je namenjen odklopu celotne elektropečne instalacije od visokonapetostnega voda med taljenjem. Odklopnik ni namenjen vklapljanju in izklapljanju toka, zato se lahko uporablja samo z dvignjenimi elektrodami in brez oblokov. Strukturno je odklopnik trifazno preklopno stikalo.

Glavni odklopnik se uporablja za odklop električnega tokokroga pod obremenitvijo, skozi katerega teče visokonapetostni tok. Če naboj na začetku taljenja ni tesno nameščen v peč, ko je naboj še hladen, obloki gorijo nestabilno, naboj se sesede in pride do kratkih stikov med elektrodama. V tem primeru se moč toka močno poveča. To vodi do velikih preobremenitev transformatorja, ki lahko odpove. Ko tok preseže nastavljeno mejo, stikalo samodejno izklopi inštalacijo, za kar obstaja rele maksimalnega toka.

Za pretvorbo visoke napetosti v nizko napetost (od 6-10 kV do 100-800 V) je potreben transformator peči. Visokonapetostna in nizkonapetostna navitja ter magnetna vezja, na katerih so nameščena, se nahajajo v rezervoarju z oljem, ki služi za hlajenje navitij. Hlajenje se ustvari s prisilnim črpanjem olja iz ohišja transformatorja v rezervoar toplotnega izmenjevalnika, v katerem se olje hladi z vodo. Transformator je nameščen poleg električne peči v posebnem prostoru. Ima napravo, ki vam omogoča stopenjsko preklapljanje navitij in s tem postopno uravnavanje napetosti, ki se dovaja v peč. Na primer, transformator za 200-tonsko domačo peč s kapaciteto 65 MV*A ima 23 napetostnih nivojev, ki se preklapljajo pod obremenitvijo, brez izklopa peči.

Odsek električnega omrežja od transformatorja do elektrod se imenuje kratko omrežje. Napajalniki, ki prihajajo iz stene transformatorske postaje, napajajo napetost do držala elektrod s pomočjo gibljivih, vodno hlajenih kablov. Dolžina gibljivega odseka mora omogočati želeni nagib peči in odprtino strehe za nalaganje. Gibki kabli so povezani z bakrenimi vodno hlajenimi palicami, nameščenimi na rokavih nosilcev elektrod. Cevne pnevmatike so neposredno povezane z glavo držala elektrode, ki elektrodo vpne. Poleg navedenih glavnih komponent električnega omrežja vključuje različne merilne naprave, povezane s tokovnimi vodi preko tokovnih ali napetostnih transformatorjev, kot tudi naprave za avtomatsko kontrolo procesa taljenja.

Avtomatska regulacija.

Ko taljenje napreduje, so potrebne različne količine energije za dovajanje električne obločne peči. Napajanje lahko spremenite tako, da spremenite napetost ali tok obloka. Regulacija napetosti se izvede s preklapljanjem navitij transformatorja. Tok uravnavamo s spreminjanjem razdalje med elektrodo in nabojem z dvigovanjem ali spuščanjem elektrod. V tem primeru se napetost obloka ne spremeni. Spuščanje ali dviganje elektrod poteka avtomatsko s pomočjo avtomatskih regulatorjev, ki so nameščeni na vsaki fazi peči. V sodobnih pečeh je mogoče nastaviti določen električni program za celotno obdobje taljenja.

Naprava za elektromagnetno mešanje kovin.

Za mešanje kovin v velikih obločnih pečeh, za pospešitev in olajšanje tehnoloških operacij nalaganja žlindre je v škatli pod dnom peči nameščeno električno navitje, ki se hladi z vodo ali stisnjenim zrakom. Navitja statorja napaja nizkofrekvenčni tok iz dvofaznega generatorja, ki ustvarja potujoče magnetno polje, ki zajame tekočo kovinsko kopel in povzroči, da se spodnje plasti kovine premikajo po dnu peči v smeri gibanja polja. . Zgornje plasti kovine se skupaj z žlindro, ki meji nanjo, premikajo v nasprotni smeri. Na ta način je gibanje lahko usmerjeno bodisi proti delovnemu oknu, kar bo olajšalo izstop žlindre iz peči, ali proti odtočni odprtini, kar bo pripomoglo k enakomerni porazdelitvi legirnih in dezoksidantov ter povprečenju kovinske sestave in njenega temperaturo. Ta metoda je imela nedavno omejeno uporabo, saj se v težkih pečeh kovina aktivno meša z loki. Taljenje jekla v glavni elektroobločni peči.

Surovine.

Glavni material za električno taljenje so jekleni odpadki. Odpadki ne smejo biti močno oksidirani, saj prisotnost velike količine rje vnaša v jeklo znatno količino vodika. Odpadke je treba glede na kemično sestavo razvrstiti v ustrezne skupine. Glavna količina odpadkov, namenjenih za taljenje v električnih pečeh, mora biti kompaktna in težka. Pri majhni masi odpadkov se celoten delež za taljenje ne prilega v peč. Potrebno je prekiniti postopek taljenja in naložiti polnjenje. To poveča trajanje taljenja, poveča porabo energije in zmanjša produktivnost električnih peči. V zadnjem času se v električnih pečeh uporabljajo metalizirani peleti, pridobljeni z metodo direktne redukcije. Prednost tovrstne surovine, ki vsebuje 85-93 % železa, je, da ni onesnažena z bakrom in drugimi nečistočami. Pelete je priporočljivo uporabljati za taljenje konstrukcijskih legiranih jekel visoke trdnosti, elektro jekel in jekel za kroglične ležaje.

Legirani odpadki nastajajo v talilnici elektropeči v obliki podlitih ingotov in smrekov; v oddelku za odstranjevanje v obliki sekancev, v valjarnah v obliki obrezkov in ostankov itd.; Poleg tega prihaja veliko legiranih odpadkov iz strojnih obratov. Uporaba legiranih kovinskih odpadkov omogoča varčevanje z dragocenimi legirnimi materiali in povečuje ekonomsko učinkovitost električnih talin. Mehko železo se posebej tali v odprtih pečeh in pretvornikih in se uporablja za nadzor vsebnosti ogljika med postopkom električnega taljenja.

4.2 Tipični sprejemniki električne energije

Porabniki obravnavane skupine ustvarjajo enakomerno in simetrično obremenitev v vseh treh fazah. Obremenitveni udarci se pojavijo samo med zagonom. Faktor moči je precej stabilen in ima običajno vrednost 0,8-0,85. Za električni pogon velikih črpalk, kompresorjev in ventilatorjev se najpogosteje uporabljajo sinhroni motorji, ki delujejo z vodilnim faktorjem moči.

Dvižne in transportne naprave delujejo v prekinitvenem načinu. Za te naprave so značilni pogosti udarci obremenitve. zaradi nenadnih sprememb obremenitve se v pomembnih mejah spremeni tudi faktor moči, v povprečju od 0,3 do 0,8. Glede na neprekinjeno napajanje je treba te naprave razvrstiti (glede na kraj delovanja in namestitve) kot porabnike 1. in 2. kategorije. Dvižne in transportne naprave uporabljajo izmenični (50 Hz) in enosmerni tok. V večini primerov je treba obremenitev dvižne opreme na AC strani obravnavati kot simetrično v vseh treh fazah.

Instalacije električne razsvetljave

Električne sijalke so enofazno breme, vendar je zaradi majhne moči sprejemnika (običajno ne več kot 2 kW) v električnem omrežju s pravilnim razvrščanjem svetilnih teles mogoče doseči dokaj enakomerno fazno obremenitev ( z asimetrijo največ 5-10%).

Narava obremenitve je enakomerna, brez sunkov, vendar se njena vrednost spreminja glede na čas dneva, leto in geografsko lokacijo. Trenutna frekvenca je splošna industrijska, enaka 50 Hz. Faktor moči žarnic z žarilno nitko je 1, plinskih žarnic 0,6. Upoštevati je treba, da se pri uporabi plinskih žarnic v žicah, zlasti nevtralnih žicah, pojavijo višji tokovni harmoniki.

Sprejemljive so kratkotrajne (nekaj sekund) zasilne prekinitve napajanja svetlobnih naprav. Dolge prekinitve (minute in ure) v prehrani so za nekatere vrste proizvodnje nesprejemljive. V takih primerih se uporabi rezervno napajanje iz drugega vira toka (v nekaterih primerih celo iz neodvisnega vira enosmernega toka). V tistih panogah, kjer izklop razsvetljave ogroža varnost ljudi, se uporabljajo posebni sistemi zasilne razsvetljave. Za razsvetljavo industrijskih podjetij se uporabljajo napetosti od 6 do 220 V.

Inštalacije pretvornikov

Za pretvorbo trifaznega toka v enosmerni tok ali trifazni tok industrijske frekvence 50 Hz v trifazni ali enofazni tok nizke, visoke ali visoke frekvence so na ozemlju industrijskega podjetja zgrajene pretvorniške postaje.

Odvisno od vrste tokovnih pretvornikov se zaustavitve pretvornikov delijo na:

) naprave za polprevodniške pretvornike;

) pretvorniške enote z živosrebrnimi usmerniki;

) pretvorniške enote z motor-generatorji,

) pretvornik se ustavi z mehanskimi usmerniki.

Glede na namembnost bodo pretvorniške instalacije zložene za napajanje

) motorji številnih strojev in mehanizmov;

) elektrolizne kopeli;

) električni transport v obratu;

) električni filtri;

) Varilne naprave za enosmerni tok itd.

Pretvorniške naprave za namene elektrolize se pogosto uporabljajo v barvni metalurgiji za proizvodnjo elektrolitskega aluminija, svinca, bakra itd. pretvori v enosmerno napetost, ki jo zahtevajo tehnološki pogoji (do 825 V).

Prekinitev napajanja naprav za elektrolizo ne povzroči hudih nesreč s poškodbami glavne opreme in se lahko tolerira nekaj minut, v nekaterih primerih pa tudi več ur.Tukaj je izpad električne energije povezan predvsem s pomanjkanjem proizvodnje . Vendar pa zaradi obratne emf. elektrolizne kopeli, lahko v nekaterih primerih pride do premika sproščenih kovin nazaj v raztopino kopeli in s tem do dodatne porabe energije za novo sproščanje iste kovine.Elektrolizne instalacije morajo biti napajane z električno energijo, tako kot sprejemniki 1. kategorija, vendar dovoljuje kratkotrajne prekinitve napajanja Naprave za elektrolizo v načinu delovanja dajejo dokaj enakomerno in simetrično krivuljo obremenitve v fazah Faktor moči naprav za elektrolizo je približno 0,85-0,9 Značilnost procesa elektrolize je potreba po vzdrževanju konstantnega usmerjenega toka, v zvezi s tem pa je potrebna regulacija napetosti na strani izmeničnega toka.

Pretvorniške naprave za intraindustrijski električni promet (vleka, dviganje, različne vrste gibanja tovora itd.) So relativno majhne moči (od sto do 2000-3000 kW). Faktor moči takih naprav se giblje od 0,7-0,8. Obremenitev na strani izmeničnega toka je simetrična v fazi, vendar se močno spreminja zaradi tokovnih vrhov med delovanjem vlečnih motorjev.Prekinitev napajanja sprejemnikov te skupine lahko povzroči poškodbe izdelkov in celo opreme (zlasti v metalurških obratih). . Prenehanje transporta praviloma povzroči resne zaplete pri delovanju podjetja, zato je treba to skupino porabnikov napajati z električno energijo, kot so sprejemniki 1. ali 2. kategorije, ki omogoča kratkotrajno prekinitev napajanja. teh naprav proizvaja izmenični tok industrijske frekvence z napetostjo 0,4-35 kV.

Za čiščenje plina se pogosto uporabljajo pretvorniške naprave za napajanje električnih filtrov (z mehanskimi usmerniki) do 100-200 kW, ki se napajajo z izmeničnim tokom industrijske frekvence iz posebnih transformatorjev z napetostjo 6-10 kV na primarnem navitju, in do 110 kV na sekundarnem navitju Faktor moči teh nastavitev je 0,7-0,8. Obremenitev na visokonapetostni strani je simetrična in enakomerna.Prekinitve napajanja so dopustne, njihovo trajanje je odvisno od proizvodnega procesa.V panogah, kot so kemične tovarne, lahko te naprave uvrstimo med sprejemnike 1. in 2. kategorije.

Elektromotorji proizvodnih mehanizmov

Ta tip sprejemnika najdemo v vseh industrijskih podjetjih.Za pogon sodobnih obdelovalnih strojev se uporabljajo vse vrste motorjev. Moči motorjev so zelo raznolike in se gibljejo od frakcij do sto kilovatov in več.V strojih, kjer se zahteva visoka hitrost vrtenja in njena regulacija, se uporabljajo enosmerni motorji, ki jih napajajo usmerniške enote. Omrežna napetost 660-380/220 V s frekvenco 50 Hz Faktor moči se zelo razlikuje glede na tehnološki proces Glede na zanesljivost napajanja ta skupina sprejemnikov praviloma spada v kategorijo 2. Vendar pa obstajajo vrsta strojev, pri katerih je izpad električne energije nesprejemljiv zaradi varnostnih pogojev (možne poškodbe osebja) in zaradi možnih poškodb izdelkov, zlasti pri obdelavi velikih, dragih delov.

Električne peči in elektrotermične instalacije

Glede na način pretvorbe električne energije v toploto jo lahko razdelimo na:

) uporovne peči;

) indukcijske peči in instalacije;

) elektroobločne peči;

) pečice z mešanim ogrevanjem.

Uporovne peči se glede na način ogrevanja delijo na posredno delujoče peči in direktno delujoče peči. Do segrevanja materiala v indirektnih pečeh pride zaradi toplote, ki jo ustvarijo grelni elementi, ko skoznje prehaja električni tok. Peči za indirektno ogrevanje so naprave z napetostjo do 1000 V in se v večini primerov napajajo iz omrežja 380 V pri industrijski frekvenci 50 Hz. Peči se proizvajajo v enofazni in trifazni moči od enot do nekaj tisoč kilovatov. Faktor moči je v večini primerov 1.

V pečeh z neposrednim delovanjem se ogrevanje izvaja s toploto, ki se sprosti v segretem izdelku, ko skozi njega prehaja električni tok. Peči so izdelane z enofaznimi in trifaznimi močmi do 3000 kW; napajanje se izvaja s tokom industrijske frekvence 50 Hz iz omrežij 380/220 V ali preko padajočih transformatorjev iz omrežij višje napetosti. Faktor moči se giblje v območju od 0,7 do 0,9 Večina uporovnih peči po neprekinjenosti napajanja spada v sprejemnike električne energije kategorije 2.

Peči in naprave za indukcijsko in dielektrično segrevanje delimo na talilne peči in naprave za kaljenje in preskočno segrevanje dielektrikov.

Taljenje kovine v inercijskih pečeh poteka s toploto, ki nastane v njej med prehodom indukcijskega toka.

Talilne peči so izdelane z in brez jeklenega jedra. Jedrne peči se uporabljajo za taljenje neželeznih kovin in njihovih zlitin. Peči se napajajo s tokom industrijske frekvence 50 Hz z napetostjo 380 V in več, odvisno od moči. Jedrne peči so na voljo eno-, dvo- in trifazne z močjo do 2000 kVA. Faktor moči se giblje od 0,2-0,8 (peči za taljenje aluminija imajo cos(?) = 0,2 - 0,4, za taljenje bakra 0,6-0,8). Peči brez jedra se uporabljajo za taljenje visokokakovostnega jekla in redkeje barvnih kovin. Industrijske peči brez jedra se lahko napajajo s tokom industrijske frekvence 50 Hz iz omrežij z napetostjo 380 V ali več in z visokofrekvenčnim tokom 500-10.000 Hz iz tiristorskih ali električnih pretvornikov strojev. Pogonske motorje pretvornikov napaja tok industrijske frekvence.

Peči se proizvajajo z močjo do 4500 kVA, njihov faktor moči je zelo nizek: od 0,05 do 0,25. Vse talilne peči spadajo v 2. kategorijo sprejemnikov električne energije. Naprave za utrjevanje in ogrevanje, odvisno od namena, se napajajo s frekvencami od 50 Hz do sto kilohercev.

Napajanje visoko- in visokofrekvenčnih enot se proizvaja iz tiristorskih ali induktorskih strojnih pretvornikov in cevnih generatorjev. Te naprave spadajo v sprejemnike električne energije kategorije 2.

V napravah za ogrevanje dielektrikov je segreti material postavljen v električno polje kondenzatorja in do segrevanja pride zaradi tokov izpodrivanja. Ta skupina naprav se pogosto uporablja za lepljenje in sušenje lesa, ogrevanje stiskalnih praškov, spajkanje in varjenje plastike, sterilizacijo izdelkov itd. Napajanje se napaja s tokom s frekvenco 20-40 MHz in več. Instalacije za ogrevanje dielektrikov spadajo glede na neprekinjeno napajanje v sprejemnike električne energije 2. kategorije.

Glede na način ogrevanja delimo elektroobločne peči na direktne in indirektne. V pečeh z neposrednim delovanjem se segrevanje in taljenje kovine izvaja s toploto, ki jo ustvari električni oblok, ki gori med elektrodo in staljeno kovino. Peči z direktnim oblokom so razdeljene na več vrst, med katerimi so značilne jeklarske in vakuumske.

Peči za taljenje jekla se napajajo s tokom industrijske frekvence 6-110 V preko padajočih transformatorjev. Peči se proizvajajo trifazne z zmogljivostjo do 45.000 kVA na enoto. Faktor moči 0,85-0,9. Med obratovanjem, v času taljenja polnila v obločnih pečeh za taljenje jekla, prihaja do pogostih obratovalnih kratkih stikov (SC). presega nominalno vrednost za 2,5-3,5-krat. Kratki stiki povzročijo zmanjšanje napetosti na vodilih transformatorske postaje, kar negativno vpliva na delovanje drugih sprejemnikov električne energije. V zvezi s tem je skupno delovanje obločnih peči in drugih porabnikov iz skupne transformatorske postaje dovoljeno, če pri napajanju iz močnega elektroenergetskega sistema skupna moč peči ne presega 40% moči padajoče transformatorske postaje, in pri napajanju iz sistema z nizko porabo energije 15-20%

Vakuumske obločne peči izdelujemo z močjo do 2000 kW. Napajanje se napaja z enosmernim tokom z napetostjo 30-40 V. Kot viri električne energije se uporabljajo pretvorniki električnih strojev in polprevodniški usmerniki, priključeni na omrežje izmeničnega toka 50 Hz.

Segrevanje kovine v indirektnih pečeh poteka s toploto, ki nastane pri gorenju električnega obloka med ogljikove elektrode Posredno ogrevane obločne peči se uporabljajo za taljenje bakra in njegovih zlitin. Moč peči je relativno majhna (do 500 kVA); napajanje se napaja s tokom industrijske frekvence 50 Hz iz posebnih transformatorjev za peč. Glede neprekinjenega napajanja spadajo te peči med sprejemnike električne energije 1. kategorije, kar omogoča kratkotrajne prekinitve napajanja.

Električne peči z mešanim ogrevanjem lahko razdelimo na rudno-termične peči in peči za elektropretaljenje žlindre.

V rudno-termičnih pečeh se material segreva s toploto, ki se sprosti, ko električni tok teče skozi naboj in oblok gori. Peči se uporabljajo za proizvodnjo ferozlitin, korunda, taljenje litega železa, svinca, sublimacijo fosforja, taljenje bakra in bakrovo-nikljevega kamna. Napajanje se napaja s tokom industrijske frekvence preko padajočih transformatorjev. Moč nekaterih peči je zelo velika, tudi do 100 MVA (peč za sublimacijo rumenega fosforja). Faktor moči 0,85-0,92. Peči za rudno-termične procese glede neprekinjenega napajanja spadajo v 2. kategorijo sprejemnikov električne energije.

V pečeh za pretaljevanje žlindre se segrevanje izvaja zaradi toplote, ki se sprosti v žlindri, ko skozi njo teče tok. Žlindra se stopi s toploto električnega obloka. Pretaljenje žlindre se uporablja za proizvodnjo visokokakovostnih jekel in posebnih zlitin. Peči se napajajo s tokom industrijske frekvence 50 Hz preko padajočih transformatorjev, običajno iz omrežij 6-10 kV s sekundarno napetostjo 45-60 V. Peči so praviloma enofazne, lahko pa tudi biti trifazni. Faktor moči 0,85-0,95. Po zanesljivosti napajanja spadajo peči za pretaljevanje žlindre v 1. kategorijo sprejemnikov električne energije.

Pri oskrbi z električno energijo delavnic, ki imajo vakuumske električne peči vseh vrst, je treba upoštevati, da prekinitev napajanja vakuumskih črpalk vodi do nesreč in okvar dragih izdelkov. Te peči je treba razvrstiti kot sprejemnike električne energije kategorije 1.

Električne varilne instalacije

Kako so sprejemniki razdeljeni na naprave, ki delujejo na izmenični in enosmerni tok. Varjenje tehnološko delimo na obločno in kontaktno varjenje, po načinu izvajanja dela pa na ročno in avtomatsko.

Enosmerne električne varilne enote so sestavljene iz AC motorja in enosmernega varilnega generatorja. Pri takem sistemu je varilna obremenitev enakomerno porazdeljena po treh fazah v izmeničnem napajalnem omrežju, vendar njen razpored ostaja spremenljiv. Faktor moči takih naprav pri nazivnih delovnih pogojih je 0,7-0,8; v prostem teku faktor moči pade na 0,4. Med enosmernimi varilnimi enotami so tudi usmerniške enote.

AC električni varilci delujejo na industrijski AC frekvenci 50 Hz in predstavljajo enofazno obremenitev v obliki varilnih transformatorjev za obločno varjenje in uporovno varjenje. Varjenje z izmeničnim tokom povzroča enofazno obremenitev s prekinjenim delovanjem, neenakomerno obremenitvijo faz in praviloma nizkim faktorjem moči (0,3-0,35 pri obločnem in 0,4-0,7 pri kontaktnem varjenju). Varilne naprave se napajajo iz omrežij z napetostjo 380-220 V. Za varilne transformatorje na gradbiščih in montažnih mestih so značilni pogosti premiki v napajalnem omrežju. To okoliščino je treba upoštevati pri načrtovanju oskrbovalnega omrežja. Z vidika zanesljivosti napajanja spadajo varilne naprave v sprejemnike električne energije kategorije 2.

Zaključek

Napredek v avtomatizaciji je omogočil izdelavo projekta neprekinjenega metalurškega obrata, kjer bodo različni procesi povezani v enoten tokovni sistem. Izkazalo se je, da plavž še vedno zavzema osrednje mesto v celotnem procesu. Se da brez domene?

Problem proizvodnje v plavžih ali, kot se imenuje, neposredne proizvodnje železa, je rešen že več desetletij. V tej smeri je bil dosežen pomemben napredek. Obstaja razlog za domnevo, da bodo v 70. letih začeli delovati precej veliki obrati za neposredno redukcijo železa z dnevno proizvodnjo 500 ton.Toda tudi pri tem bo proizvodnja plavžev obdržala svoj položaj še več desetletij.

Proces brez domene si lahko predstavljamo na primer takole. V rotacijskih cevnih pečeh se železova ruda pretvori v železo. Z magneti se zrna železa ločijo od preostale mase – in čisti izdelek je pripravljen za nadaljnjo predelavo. Končne izdelke lahko vtisnete iz železovega prahu. Z dodajanjem potrebnih dodatkov (legirnih elementov) se lahko uporablja za izdelavo jekla različnih vrst.

Z zagonom velikanskih elektrarn bo sovjetska metalurgija prejela veliko poceni električne energije. S tem bodo ustvarjeni ugodni pogoji za razvoj elektrometalurške proizvodnje in še širšo uporabo električne energije na vseh nadaljnjih stopnjah predelave železovih zlitin.

Uspehi atomske fizike so spodbudili idejo o tako imenovani radiacijski metalurgiji. Akademik I. P. Bardin (1883-1960) je izrazil drzno, skoraj fantastično idejo o prihodnjem razvoju metalurgije. "Mislim," je dejal, "da bodo ljudje sprva začeli" konstruirati "legirana jekla zahtevane sestave z uporabo radioaktivnega vpliva, ne da bi vanje vnesli redke in drage legirne dodatke, ampak jih ustvarili neposredno v loncu staljenega jekla. Iz atomov železa, morda žvepla in fosforja, se bodo pod vplivom toka žarkov v staljeni kovini pojavile ciljne jedrske transformacije.

Prihodnje generacije raziskovalcev bodo morale delati na reševanju tega in drugih fascinantnih problemov. Črna metalurgija čaka na nove odkritelje.

V tem eseju smo po našem mnenju dosegli svoj cilj in preučili prenos električne energije na daljavo ter njeno uporabo kot nujno komponento v procesu izdelave električnega jekla. In tudi, zdi se nam, da smo opravili vse naloge, ki smo si jih zastavili, namreč: preučili smo dodatno literaturo, ki nam je bila v pomoč pri pisanju tega dela; se seznanili z novimi vrstami generatorjev in transformatorjev; upošteva pot električnega toka od njegovega prejema do dostave potrošniku; in končno smo proučevali fizikalne in mehanske procese, ki se odvijajo v električni jeklarni.

Bibliografija

1. Babič V.K., Lukaškin N.D., Morozov A.S. et al./Osnove metalurške proizvodnje (železna metalurgija). Učbenik za srednje strokovne šole - M.: Metalurgija, 1988. 272 ​​​​str.

Barg I. G., Valk H. Ya., Komarov D. T.; Ed. Barga I.G./Izboljšanje vzdrževanja električnih omrežij 0,4-20 kV na območju Seldsk - M.: Energija, 1980. - 240 str., ilustr.

Bornatsky I. I., Blashchuk N. M., Yargin S. A., Strok V. I. / Pomočnik jeklarja širokega profila: Učbenik za srednje strokovne šole - M.: Metalurgija, 1986. 456 str.

Zubkov B.V., Chumakov S.V./Enciklopedični slovar mladih tehnikov - M.: Pedagogika, 1980. - 512 str., ilustr.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B./Fizika: Učbenik. za 10. razred povpr. šola - M .: Izobraževanje, 1990. - 223 str .: ilustr.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B./Fizika: Učbenik. za 10. razred povpr. šola - 9. izd., revidirano. - M .: Izobraževanje, 1987. - 319 str., 4 str. ilustr.: ilustr.

Chigrai I. D. Pomočnik jeklarja pretvornika. M.: Metalurgija, 1977. 304 str.

Potreba po gradnji daljnovodov je razložena s proizvodnjo električne energije predvsem v velikih elektrarnah, oddaljenih od potrošnikov - relativno majhnih sprejemnikih, porazdeljenih po velikih ozemljih.

Elektrarne so locirane ob upoštevanju skupnega vpliva velikega števila dejavnikov: razpoložljivost energetskih virov, njihove vrste in rezerve; možnosti prevoza; možnosti za porabo energije na določenem območju itd. Prenos električne energije na daljavo zagotavlja številne prednosti, ki omogočajo:

Uporabljajte oddaljene vire energije;

Zmanjšajte skupno rezervno moč generatorjev;

Uporabite časovno neskladje v različnih geografskih širinah, v katerih največje obremenitve v njih ne sovpadajo;

Popolnejša uporaba moči hidroelektrarn;

Povečati zanesljivost napajanja porabnikov itd.

Daljnovodi, namenjeni distribuciji električne energije med posameznimi porabniki na določenem območju in povezovanju elektroenergetskih sistemov, so lahko izvedeni tako na dolge kot kratke razdalje in so namenjeni prenosu moči različnih velikosti. Za prehode na dolge razdalje je zelo pomembno prepustnost, to je največja moč, ki jo je mogoče prenesti po daljnovodih ob upoštevanju vseh omejitvenih dejavnikov.

Za nadzemne daljnovode izmeničnega toka se lahko približno domneva, da je največja moč, ki jo lahko prenašajo, približno sorazmerna s kvadratom napetosti in obratno sorazmerna z dolžino prenosa. Stroški strukture se lahko zelo grobo štejejo za sorazmerne z velikostjo napetosti. Zato pri razvoju prenosa električne energije na dolge razdalje obstaja težnja po povečanju napetosti kot glavnega sredstva za povečanje prepustnosti. Od nastanka prvih daljnovodov se je napetost povečala za 1,5-2 krat približno vsakih 10-15 let. Povečanje napetosti je omogočilo povečanje dolžine daljnovodov in prenosnih moči. Tako se je v dvajsetih letih dvajsetega stoletja električna energija prenašala na največje razdalje okoli 100 km. Do tridesetih let prejšnjega stoletja so se te razdalje povečale na 400 km, v šestdesetih letih pa je dolžina daljnovodov dosegla 1000–1200 km (na primer daljnovod Volgograd-Moskva).

Povečanje prenosne zmogljivosti daljnovodov se doseže predvsem s povečanjem napetosti, nujna pa je tudi sprememba zasnove daljnovodov in uvedba raznih dodatnih kompenzacijskih naprav, pri katerih se zmanjša vpliv parametrov, ki omejujejo preneseno moč. Na primer, na električnih vodih z napetostjo 330 kV in več so žice v vsaki fazi razdeljene na več električno povezanih vodnikov, medtem ko se parametri vodov znatno izboljšajo (njen reaktanc se zmanjša); uporablja se tako imenovana serijska kompenzacija - vključitev kondenzatorjev v linijo itd.

Možnost nadaljnjega povečanja največje moči zahteva povečanje napetosti in spremembo zasnove daljnovodov. Povezani so s splošnim tehničnim napredkom, zlasti z napredkom v tehnologiji polprevodnikov, z ustvarjanjem naprednih materialov in z razvojem novih vrst prenosa energije.

Pri gradnji enosmernih daljnovodov z visoko največjo močjo je potrebno izvesti neposredno pretvorbo izmeničnega toka v enosmerni na začetku voda in obratno pretvorbo enosmernega toka v izmenični na koncu voda, kar povzroča določene tehnične in ekonomske težave.

Obstaja temeljna možnost brezžičnih daljnovodov, ki uporabljajo elektromagnetne valove ali visokofrekvenčna nihanja, usmerjena vzdolž valovodov. Vendar pa je praktična izvedba teh daljnovodov v industriji trenutno nesprejemljiva zaradi njihove nizke učinkovitosti.

Za prenos električne energije se lahko uporabljajo superprevodni vodi, v katerih se lahko napetost bistveno zmanjša. Učinek, ki je blizu superprevodnosti, se doseže z globokim hlajenjem prevodnikov. V tem primeru se daljnovodi imenujejo kriogeni. To vprašanje ima zgodovino. Že leta 1911 je nizozemski fizik G. Kamerlingh-Onnes ugotovil, da ko se živo srebro ohladi na temperaturo pod 4 K, njegov električni upor popolnoma izgine. Ponovno se pojavi nenadoma, ko temperatura naraste nad kritično vrednost. Ta pojav je bil imenovan superprevodnost. Seveda, če bi take materiale dobili energetiki, bi z njimi zamenjali navadne prevodnike, daljnovodi bi brez izgub dovajali energijo v ogromnih količinah na izjemno velike razdalje. Možno bi bilo znatno povečati učinkovitost močnih energetsko intenzivnih naprav (elektromagnetov, transformatorjev, električnih strojev) in se izogniti številnim težavam, povezanim s pregrevanjem, taljenjem in uničenjem delov.

Vse to pa so ostale samo sanje, čeprav o samem pojavu ni bilo dvoma. Odkritih je bilo veliko superprevodnikov. V periodnem sistemu se je izkazalo, da je 28 elementov. Toda najvišja kritična temperatura, ki pripada niobiju, ni presegla 10 K. Možnosti superprevodnosti so bile zato močno omejene z visokimi stroški in kompleksnostjo naprav, ki vzdržujejo ultra nizke temperature. Zlitine molibdena s tehnecijem so dvignile kritično temperaturo na 14 K. Poleg tega je bilo mogoče dobiti spojino niobija, aluminija in germanija s kritično temperaturo 21 K. Za več sto danes znanih superprevodnih snovi je to rekordna številka.

Praktične študije so pokazale, da se z naraščanjem kritične temperature število superprevodnikov zmanjšuje. Nekateri strokovnjaki so celo menili, da je nemogoče pobegniti iz ujetništva ultranizkih temperatur. Nekje okoli 25 K je najvišja možna kritična temperatura.

Po eksperimentalnem odkritju superprevodnosti so teoretični fiziki dolgo časa poskušali razumeti bistvo nerazumljivega pojava. In šele pol stoletja kasneje, leta 1957, se je pojavila prva resna teorija superprevodnosti. Drugi so sledili. Nosili so veliko nenavadnih stvari. Tako, na primer, po ustvarjeni teoriji se elektroni superprevodnika v nasprotju z znanim Coulombovim zakonom, ki predpisuje, da se vsi enako nabiti delci odbijajo, nasprotno, privlačijo in združujejo v pare. Ugotovljeno je bilo, da niso samo kovine in zlitine, ampak tudi ... organske snovi lahko superprevodniki. Eden najpomembnejših sklepov teorije je bil naslednji. Kovinski vodik zaradi svojih izjemnih lastnosti- lahki protoni se nahajajo na vozliščih kristalne mreže; lahko ima superprevodnost pri relativno visokih, za praktične namene povsem sprejemljivih temperaturah reda 220K oz-53 0 C. In še nekaj: možno je, da je proces prehoda snovi iz molekularne faze v atomsko fazo ireverzibilen. Ko je zunanji pritisk odstranjen, lahko vodik še dolgo ne izgubi svojih lastnosti superprevodnika. /

Zdaj je postalo jasno: da bi imeli material, ki kaže superprevodne lastnosti v normalnih pogojih, je treba obvladati območje tlaka reda nekaj sto kilopaskalov. Te velikosti so po naših človeških standardih ogromne. Primerljivi so le s tlaki v središču Zemlje (tam okoli 300 kPa). Pred raziskovalci se je odprla pot do cilja, čeprav tudi v laboratorijskem poskusu še ni bilo mogoče dobiti tovrstnega tlaka in seveda trdnega vodika - superprevodnika pri normalni temperaturi.

Alternativa prenosu električne energije na daljavo z izmeničnim in enosmernim tokom od termoelektrarn do porabnikov je transport goriva. Primerjalna analiza možnih možnosti oskrbe potrošnikov z energijo kaže, da je visokokalorični premog (več kot 4000 kcal/kg) običajno priporočljivo transportirati po železnici (če ta obstaja). V mnogih primerih, ko se zemeljski plin in nafta uporabljata v elektrarnah, je bolje, da se prenašata po cevovodih (slika 1). Pri izbiri načina prenosa energije na daljavo je treba upoštevati velik sklop vprašanj, kot so krepitev električnega sistema med gradnjo prenosa električne energije, napajanje, porabniki v bližini vodov, povečanje obremenitve železnice itd.

Če analiziramo razvoj energetskih sistemov v številnih državah, lahko ugotovimo dva glavna trenda:

1) približevanje elektrarn odjemnim središčem v primerih, ko na območju enotnega energetskega sistema ni poceni virov energije ali ko so viri že izkoriščeni;

2) gradnja elektrarn v bližini poceni energetskih virov in prenos električne energije v središča njene porabe.

Prenosni daljnovodi, naftovodi in plinovodi tvorijo Enotni sistem oskrbe z energijo v državi. Sistemi za oskrbo z električno energijo, nafto in plinom morajo biti načrtovani, zgrajeni in upravljani v določeni medsebojni koordinaciji, ki tvori Enotni energetski sistem.

Slika 1 - Značilnosti različnih načinov prenosa energije na daljavo: Z- predvideni stroški, l- razdalja; 1 - dvotirna železnica, 2 - plinovodi, 3 - naftovodi, 4 - prenos električne energije iz postaj, ki delujejo na poceni premog

Za prenos električne energije na daljavo z uporabo resonančnega enožilnega sistema so značilni nizki ekonomski stroški v primerjavi s tradicionalnimi tehnologijami. Hkrati v žicah praktično ni izgub (stokrat manj kot pri tradicionalnem načinu prenosa električne energije). Stroški polaganja kablov se bistveno zmanjšajo – do 10-krat. Zagotovljena je visoka stopnja električne varnosti za okolje in ljudi.

Opis:

Eden najbolj perečih problemov sodobne energetike je prenos električne energije na daljavo z nizkimi ekonomskimi stroški in zagotavljanje varčevanja z energijo.

V praksi se za prenos električne energije na velike razdalje praviloma uporabljajo trifazni sistemi, katerih izvedba zahteva uporabo vsaj 4 žice, ki ima naslednje pomembne pomanjkljivosti:

– velike izgube električne energije v žicah, tako imenovane Joulove izgube,

– potreba po uporabi vmesnih transformatorskih postaj za kompenzacijo izgub energije v žicah,

– nastanek nesreč zaradi kratkega stika žic, tudi zaradi nevarnih vremenskih pojavov (močan veter, led na žicah ipd.),

– visoka poraba neželezne kovine,

– visoki ekonomski stroški za polaganje trifaznih električnih omrežij (več milijonov rubljev na 1 km).

Zgoraj omenjene pomanjkljivosti je mogoče odpraviti z uporabo resonančnega enožilnega sistema za prenos električne energije, ki temelji na zamislih N. Tesle, modificiranih ob upoštevanju sodobnega razvoja znanosti in tehnologije. Trenutno je razvita tehnologija resonančnega enožilnega sistema za prenos električne energije.

Resonančna enožična valovod sistem za prenos električne energije na višji frekvenci 1-100 kHz ne uporablja aktivnega prevodnega toka v zaprtem krogu. V resonančnem valovodnem enovodnem vodu ni sklenjene zanke, ni potujočih valov toka in napetosti, obstajajo pa stoječi (stacionarni) valovi reaktivnega kapacitivnega toka in napetosti s faznim zamikom 90°. Poleg tega zaradi odsotnosti aktivnega toka in prisotnosti tokovnega vozlišča v vrstice v taki liniji ni več treba ustvariti visokotemperaturnega prevodnega načina, Joulove izgube pa postanejo nepomembne zaradi odsotnosti zaprtih aktivnih prevodnih tokov v liniji in nepomembnih vrednosti odprtega kapacitivnega toka v bližini stacionarnih vozlišč tokovni valovi v liniji.

Predlagana tehnologija temelji na uporabi dveh resonančnih vezij s frekvenco 0,5-50 kHz in enožilnega voda med vezjema (glej sliko 1) z omrežno napetostjo 1-100 kV pri delovanju v napetostnem resonančnem načinu.

Omrežna žica je vodilni kanal, po katerem se giblje elektromagnetna energija. Energija elektromagnetnega polja je porazdeljena okoli dirigent vrstice.

riž. 1. Električna shema resonančnega enožilnega prenosnega sistema

1 – visokofrekvenčni generator; 2 – resonančno vezje povečevalnega transformatorja; 3 – enožična linija; 4 – resonančno vezje padajočega transformatorja; 5 – usmernik; 6 – pretvornik.

Kot kažejo izračuni in izvedeni poskusi, pri tem načinu prenosa električne energije praktično ni izgub v žicah (stokrat manj kot pri tradicionalnem načinu prenosa električne energije) in je ta tehnologija varna za okolje in ljudi.

Za uskladitev običajnega sistema napajanja s predlaganim sistemom, ustreznimi napravami in pretvorniki, ki so nameščeni na začetku in koncu enožilnega voda in omogočajo uporabo standardne AC ali DC električne opreme na vhodu in izhodu.

Trenutno je razvita tehnologija za prenos električne energije z močjo do 100 kW. Prenos električne energije večjih moči zahteva uporabo elektronskih naprav (tranzistorjev, tiristorjev, diod itd.) večje moči in zanesljivosti. Potrebne so dodatne raziskave za rešitev problema energetske oskrbe objektov, ki porabljajo električno energijo z močjo nad 100 kW.

Prednosti:

– električna energija se prenaša z uporabo reaktivnega kapacitivnega toka v resonančnem načinu,

– nepooblaščena uporaba energije je otežena,

– znižanje stroškov za gradnjo daljnovodov,

– možnost zamenjave nadzemnih daljnovodov z enožilnimi kablovodi,

– znatni prihranki pri barvnih kovinah, Ker prerez kabla je 3-5 krat manjši od prereza tradicionalnega trifaznega sistema za prenos električne energije, vsebnost aluminija in bakra v žicah se lahko zmanjša za 10-krat,

– znatno zmanjšanje radija obračanja vodov, kar je zelo pomembno pri polaganju kablov v urbanih okoljih,

– znatno (do 10-krat) zmanjšanje stroškov za polaganje kablov,

– ni medfaznega kratkega stika,

– zagotavlja visoko stopnjo električne varnosti za okolje in ljudi,

– izgube električne energije v enožilni liniji so majhne,

– električna energija se lahko prenaša na dolge in ultra dolge razdalje,

– kratki stiki v enožilnem kablu niso možni in enožilni kabel ne more povzročiti požara,

– ni potrebe po vzdrževanju,

– prisotnost zmanjšanega magnetnega polja,

– brez vpliva vremenskih razmer,

– naravna krajina ni motena,

– pomanjkanje prednosti,

– Izgub v žicah praktično ni (stokrat manj kot pri tradicionalnem načinu prenosa električne energije).

Kako se električna energija prenaša na velike razdalje?
pri prenosu električne energije na velike razdalje uporabljajo
brezžični prenos električne energije na daljavo
prenos električne energije na velike razdalje brez žic video
prenos električne energije na daljavo zgodovina predstavitev povzetek sporočilo
izgube električne energije pri prenosu na velike razdalje
predstavitev prenosa moči preko daljinskih transformatorjev
diagram problemskih principov prenosa električne energije na velike razdalje
proizvodnjo in prenos električne energije na daljavo
esej na temo prenos električne energije na daljavo
diagram metod za prenos električne energije na daljavo
transformatorji za prenos električne energije na daljavo
prenos električne energije na daljavo z uporabo resonančnega enožilnega sistema brez žic transformator proizvodnja in distribucija izgube Tyumenenergosbyt storitve tarife TNS Energy Vologdaenergosbyt potrošnikom prek osebnega računa osebni račun akt omrežje Krasnoyarskenergosbyt prek interneta linije Krasnoyarskenergosbyt energysbyt shema telefonska fizika zagotavljanje storitev organizacija rok

Faktor povpraševanja 458

Ankete

Ali naša država potrebuje industrializacijo?

• Da, potrebujemo (90%, 2.486 glasov)
• Ne, ni potrebno (6 %, 178 glasov)
• Ne vem (4%, 77 glasov)

Iskanje tehnologij

Najdene tehnologije 1

Morda bo zanimivo: