Wytwarzanie i przesyłanie energii elektrycznej na odległość. Jak przesyłana i dystrybuowana jest energia elektryczna? Linie prądu stałego

Ministerstwo Szkolnictwa Ogólnego i Zawodowego

GOU NPO Obwód Swierdłowska

Liceum zawodowe Niżny Tagil „Metallurg”

ABSTRAKCYJNY

Przesyłanie energii elektrycznej na duże odległości

Wykonawcy: Bakhter Nikolay i Borysow Jarosław

Kierownik: nauczyciel fizyki Ludmiła Władimirowna Reddikh

Niżny Tagil 2008

Wstęp

Rozdział 1. Prąd elektryczny

Rozdział 2. Wytwarzanie energii elektrycznej

1 Alternator

2 generator MHD

3 Generator plazmowy - plazmatron

Rozdział 3. Przesył energii elektrycznej

1 linie energetyczne

2 Transformator

Rozdział 4. Energia dla hutnika

1 Produkcja stali w piecach elektrycznych

2 Typowe odbiorniki energii elektrycznej

Wniosek

Bibliografia

Wstęp

Kompleks sieci elektroenergetycznych obwodu swierdłowskiego, w tym węzeł energetyczny Niżny Tagil, znajduje się na krawędzi poważnych przekształceń. Aby uniknąć kryzysu energetycznego na środkowym Uralu, rząd obwodu swierdłowskiego opracował i przyjął główne kierunki rozwoju elektroenergetyki na najbliższe dziesięć lat. Mówimy przede wszystkim o budowie nowej generacji, czyli elektrowni wytwarzających energię elektryczną, oraz dalszy rozwój kompleks sieci elektroenergetycznych - budowa i przebudowa podstacji, punktów transformatorowych i linii elektroenergetycznych różnych napięć. W ubiegłym roku opracowaliśmy i zatwierdziliśmy wieloletni program inwestycyjny do 2012 roku, wskazując konkretne obiekty elektroenergetyczne podlegające przebudowie i te, które wymagają budowy.

Do 2001 roku w regionie Tagil nie brakowało mocy energetycznych. Ale potem, po wielu latach kryzysu, nasze przedsiębiorstwa przemysłowe poszły w górę, jak to mówią, średnie i małe przedsiębiorstwa zaczęły aktywnie się rozwijać, a zużycie energii elektrycznej znacznie wzrosło. Dziś deficyt mocy energetycznych w Niżnym Tagile wynosi ponad 51 megawatów. To jest... prawie dwie Liningi. Ale porównanie z Liningiem jest warunkowe. W rzeczywistości problem niedoboru mocy energetycznych jest obecnie najbardziej istotny dla centralnej części Niżnego Tagila. Zbudowana czterdzieści lat temu podstacja Krasny Kamen, od której w rzeczywistości zależy zaopatrzenie w energię centrum miasta, jest od dawna przestarzała moralnie i fizycznie i działa na granicy swoich możliwości. Nowym odbiorcom niestety trzeba odmówić przyłączenia do sieci.

Niżny Tagil potrzebuje nowej podstacji - podstacji Prirechnaya o napięciu 110/35/6 kV. Według wstępnych szacunków kwota inwestycji kapitałowych w budowę Prirechnej wyniesie około 300 milionów rubli. Program inwestycyjny Sverdlovenergo dla Niżnego Tagila obejmuje także przebudowę podstacji Sojuznaja, budowę podstacji Ałtaiskja na Wagonce i rozdzielni Demidowski w rejonie Galianek, co radykalnie poprawi system zaopatrzenia w energię całego miasta. Głównym wydarzeniem tego roku jest podstacja Staratel, w której odbudowę Sverdlovenergo zainwestował 60 milionów rubli. Kolejnym, również znaczącym wydarzeniem roku 2007 było uruchomienie nowego, drugiego transformatora w stacji Galyanka.

Rozpoczęto budowę elektroenergetycznej linii przesyłowej Czernoistochinsk – Belogorye o napięciu 110 kV i łącznej długości prawie 18 kilometrów. Obiekt ten jest również objęty programem inwestycyjnym Sverdlovenergo. Uruchomienie nowej linii przesyłowej wysokiego napięcia umożliwi zwiększenie niezawodności dostaw energii nie tylko dla kompleksu narciarskiego Belaya Mountain, ale także dla całego przyległego terytorium - wiosek Uralets, Visim, Visimo-Utkinsk i inne osady. Powiem więcej: projekt Belogorye przewiduje także budowę nowej podstacji Belogorye we wsi Uralets i przebudowę całego kompleksu sieciowego Uralets, który obejmuje co najmniej 20 kilometrów sieci o napięciu 0,4-6 kV .

Na potrzeby naszego eseju postanowiliśmy poruszyć kwestię przesyłania energii elektrycznej nie tylko na odległość, ale także wykorzystania jej jako niezbędnego komponentu w hutnictwie, gdyż nasz zawód jest nierozerwalnie związany z tym elektrycznym procesem hutnictwa.

Aby osiągnąć ten cel, postanowiliśmy postawić sobie kilka ważnych zadań: 1) przestudiować dodatkową literaturę związaną z przesyłem energii elektrycznej i elektrometalurgią; 2) zapoznać się z nowymi typami generatorów i transformatorów; 3) uwzględnić prąd elektryczny od jego odbioru do dostawy do konsumenta; 4) uwzględniać fizyczne i mechaniczne procesy produkcji stali w piecach elektrycznych.

Początkowo ludzie nie umieli używać stali i do wyrobu różnych narzędzi używali materiałów rodzimego pochodzenia (miedź, złoto i żelazo meteorytowe). Metody te nie były jednak wystarczające dla potrzeb człowieka. Ludzie często szukali możliwości uzyskania metalu z rudy znajdowanej na powierzchni ziemi.

I tak na przełomie drugiego i pierwszego tysiąclecia p.n.e. powstał pierwszy etap hutnictwa. Ludzkość zaczęła bezpośrednio pozyskiwać żelazo z rudy, redukując je w prymitywnych kuźniach. Ponieważ w procesie tym zastosowano „surowy” podmuch (nieogrzane powietrze), metodę tę nazwano przedmuchiwaniem surowym.

Drugi etap produkcji stali (XIV-XVIII w.) charakteryzował się udoskonaleniem kuźni i zwiększeniem wolumenu pieców serowarskich. Pojawienie się koła wodnego i zastosowanie go do napędu miechów kuźniczych umożliwiło zintensyfikowanie dmuchu, podniesienie temperatury w palenisku pieca i przyspieszenie przepływu reakcje chemiczne.

Trzecim etapem było opracowanie bardziej zaawansowanej i produktywnej metody wytwarzania niskowęglowego żelaza w stanie przypominającym ciasto – tzw. proces pudlingu – proces przemiany żeliwa w żelazo na dnie ognistego zbiornika pogłosowego (pudling ) piec.

Czwarty etap ( koniec XIX i połowa XX wieku) charakteryzuje się wprowadzeniem do produkcji czterech metod wytwarzania stali - Bessemera, Thomasa, martenowskiej, konwertorowej i elektrycznej, o których zresztą chcielibyśmy porozmawiać w naszym abstrakcie , jako przykład wykorzystania prądu przez pomocnika hutnika.

Rozdział 1. Prąd elektryczny

Połączmy żarówkę z akumulatorem elektrycznym za pomocą przewodów. Przewody i żarnik żarówki tworzyły zamkniętą pętlę – obwód elektryczny. W tym obwodzie płynie prąd elektryczny, który podgrzewa żarnik lampy, aż zacznie się świecić. Co to jest prąd elektryczny? Jest to ukierunkowany ruch naładowanych cząstek.

W akumulatorze zachodzą reakcje chemiczne, w wyniku których elektrony – cząstki materii o najmniejszym ładunku – gromadzą się na zacisku oznaczonym znakiem „-” (minus). Metal, z którego wykonane są druty i żarnik żarówki, składa się z atomów tworzących sieć krystaliczną. Elektrony mogą swobodnie przechodzić przez tę sieć. Przepływ elektronów przez przewodniki (tzw. substancje przewodzące prąd elektryczny) z jednego zacisku akumulatora do drugiego to prąd elektryczny. Im więcej elektronów przechodzi przez przewodnik, tym większa jest siła prąd elektryczny. Prąd mierzy się w amperach (A). Jeśli przez przewodnik przepływa prąd o natężeniu 1 A, to przez przekrój przewodnika przepływa co sekundę 6,24 * 1018 elektronów. Ta liczba elektronów niesie ładunek 1 C (kulomb).

Prąd elektryczny w obwodzie utworzonym przez przewody, żarnik lampy i baterię można porównać do przepływu cieczy przepływającej przez rury wodociągowe. Przewody łączące to odcinki rury o dużym przekroju, żarnik żarówki to cienka rurka, a akumulator to pompa wytwarzająca ciśnienie. Im większe ciśnienie, tym większy przepływ płynu. Bateria włożona obwód elektryczny wytwarza napięcie (ciśnienie). Im wyższe napięcie, tym większy prąd w obwodzie. Napięcie mierzone jest w woltach (V). aby przez żarówkę latarki przepłynął prąd, który spowodowałby świecenie jej żarnika, potrzebne jest napięcie 3-4 V. Energia elektryczna do mieszkań dostarczana jest pod napięciem 127 lub 220 V oraz poprzez linie energetyczne (linie energetyczne) prąd jest przesyłany pod napięciem setek kilowoltów (kV). Energia elektryczna uwolniona w ciągu 1 s (moc) jest równa iloczynowi prądu i napięcia. Moc przy prądzie 1 A i napięciu 1 V równa się 1 watowi (W).

Nie wszystkie substancje swobodnie przepuszczają prąd elektryczny, na przykład szkło, porcelana, guma prawie nie przepuszczają prądu elektrycznego. Substancje takie nazywane są izolatorami lub dielektrykami. Przewody izolowane są gumą, izolatory linii wysokiego napięcia wykonane są ze szkła i porcelany. Jednak nawet metale są odporne na prąd elektryczny. Gdy elektrony się poruszają, „odpychają” atomy tworzące metal, powodując ich szybszy ruch, co powoduje nagrzewanie przewodnika. Ogrzewanie przewodników prądem elektrycznym zostało po raz pierwszy zbadane przez rosyjskiego naukowca E. H. Lenza i angielskiego fizyka D. Joule'a. Właściwość prądu elektrycznego do przewodników cieplnych jest szeroko stosowana w technologii. Prąd elektryczny podgrzewa żarniki lamp elektrycznych i elektrycznych urządzeń grzewczych oraz topi stal w piecach elektrycznych.

W 1820 r. duński fizyk G.-H. Oersted odkrył, że w pobliżu przewodnika, w którym płynie prąd, igła magnetyczna odchyla się. W ten sposób odkryto niezwykłą właściwość prądu elektrycznego do wytwarzania pola magnetycznego. Zjawisko to szczegółowo zbadał francuski naukowiec A. Ampere. Odkrył, że dwa równoległe przewody, przez które płynie prąd w tym samym kierunku, przyciągają się, a jeśli kierunki prądów są przeciwne, przewody się odpychają. Ampere wyjaśnił to zjawisko interakcją pól magnetycznych wytwarzanych przez prądy. Efekt oddziaływania przewodów z polami prądowymi i magnetycznymi wykorzystuje się w silnikach elektrycznych, przekaźnikach elektrycznych i wielu elektrycznych przyrządach pomiarowych.

Inną właściwość prądu elektrycznego można wykryć przepuszczając prąd przez elektrolit - roztwór soli, kwasu lub zasady. W elektrolitach cząsteczki substancji dzielą się na jony - cząstki cząsteczek o ładunkach dodatnich lub ujemnych. Prąd w elektrolicie to ruch jonów. Aby przepuścić prąd przez elektrolit, opuszcza się do niego dwie metalowe płytki podłączone do źródła prądu. Jony dodatnie przemieszczają się w kierunku elektrody podłączonej do bieguna ujemnego. Na elektrodach powstają jony. Proces ten nazywa się elektrolizą. Za pomocą elektrolizy można wyizolować czyste metale z soli, chromowania i niklowania różnych przedmiotów, przeprowadzić najbardziej złożoną obróbkę produktów, której nie można wykonać na prostych maszynach do cięcia metalu, oraz rozdzielić wodę na jej części składowe - wodór i tlen.

W kąpielach elektrolizujących, w żarówce podłączonej do akumulatora latarki, prąd płynie cały czas w jednym kierunku i jego natężenie nie ulega zmianie. Prąd ten nazywany jest prądem stałym. Jednak w technologii częściej stosuje się prąd przemienny, którego kierunek i siła okresowo się zmieniają. Czas pełnego cyklu zmiany kierunku prądu nazywa się okresem, a liczba okresów w 1 s to częstotliwość prądu przemiennego. Prąd przemysłowy, który napędza maszyny, oświetla ulice i mieszkania, zmienia się z częstotliwością 50 okresów na 1 sekundę. Prąd przemienny można łatwo przekształcić – jego napięcie można zwiększać i zmniejszać za pomocą transformatorów.

Wraz z wynalezieniem telegrafu i telefonu do przesyłania informacji wykorzystano prąd elektryczny. Początkowo przez przewody przesyłane były długie i krótkie impulsy prądu stałego, odpowiadające kropkom i kreskom alfabetu Morse'a. Takie impulsy prądu, czyli prąd pulsujący, ale z bardziej złożonym systemem kodowania informacji, są stosowane w nowoczesnych komputerach elektronicznych (komputerach) do przesyłania liczb, poleceń i słów z jednego urządzenia maszynowego do drugiego.

Do przesyłania informacji można również wykorzystać prąd przemienny. Informacje mogą być przesyłane za pomocą prądu przemiennego, zmieniając w określony sposób amplitudę oscylacji prądu. To kodowanie informacji nazywa się modulacją amplitudy (AM). Możliwa jest również zmiana częstotliwości oscylacji prądu przemiennego, tak aby określona informacja odpowiadała określonej zmianie częstotliwości. To kodowanie nazywa się modulacją częstotliwości (FM). Odbiorniki radiowe są wyposażone w kanały AM i FM, które „odszyfrowują” – zamieniają w dźwięk – oscylacje fal radiowych z modulacją amplitudy lub częstotliwości odbieranych przez antenę.

Obecnie prąd elektryczny znalazł zastosowanie we wszystkich sferach działalności człowieka. Napęd obrabiarek i maszyn, systemy automatycznego monitorowania i sterowania, liczne urządzenia w laboratoriach badawczych oraz sprzęt AGD są nie do pomyślenia bez użycia prądu elektrycznego. Nowoczesny telefon i telegraf, radio i telewizja, komputery elektroniczne od kalkulatorów kieszonkowych po maszyny sterujące lotem statki kosmiczne, - są to wszystkie urządzenia oparte na skomplikowanych obwodach elektrycznych.

Rozdział 2. Wytwarzanie energii elektrycznej

.1 Alternator

Energia elektryczna ma niezaprzeczalną przewagę nad wszystkimi innymi rodzajami energii. Może być przesyłany drogą kablową na duże odległości ze stosunkowo niewielkimi stratami i wygodnie rozprowadzany wśród konsumentów. Najważniejsze jest to, że energię tę za pomocą dość prostych urządzeń można łatwo przekształcić w dowolną inną formę: mechaniczną, wewnętrzną (ogrzewanie ciał), energię świetlną itp.

Prąd przemienny ma tę przewagę nad prądem stałym, że napięcie i prąd można przekształcać (przekształcać) w bardzo szerokim zakresie, prawie bez strat energii. Przekształcenia takie są niezbędne w wielu urządzeniach elektrycznych i radiotechnicznych. Jednak szczególnie duża potrzeba przekształcania napięcia i prądu pojawia się podczas przesyłania energii elektrycznej na duże odległości.

Prąd elektryczny wytwarzany jest w generatorach - urządzeniach przekształcających energię tego czy innego rodzaju w energię elektryczną. Do generatorów zaliczają się ogniwa galwaniczne, maszyny elektrostatyczne, stosy termoelektryczne, panele słoneczne i tak dalej. Badane są możliwości stworzenia całkowicie nowych typów generatorów. Rozwijane są na przykład tzw. energie paliwowe, w których energia powstająca w wyniku reakcji wodoru z tlenem zamieniana jest bezpośrednio na energię elektryczną. Trwają zakończone sukcesem prace nad stworzeniem generatorów magnetohydrodynamicznych (generatorów MHD). W generatorach MHD energia mechaniczna strumienia gorącego zjonizowanego gazu (plazmy) poruszającego się w polu magnetycznym jest bezpośrednio przekształcana w energię elektryczną.

Zakres zastosowania każdego z wymienionych typów generatorów prądu zależy od ich charakterystyki. Zatem maszyny elektrostatyczne wytwarzają dużą różnicę potencjałów, ale nie są w stanie wytworzyć żadnego znaczącego prądu w obwodzie. Ogniwa galwaniczne mogą wytwarzać duży prąd, ale czas ich działania nie jest długi.

Dominującą rolę w naszych czasach odgrywają elektromechaniczne indukcyjne generatory prądu przemiennego. W tych generatorach energia mechaniczna zamieniana jest na energię elektryczną. Ich działanie opiera się na zjawisku Indukcja elektromagnetyczna. Takie generatory mają stosunkowo prostą konstrukcję i umożliwiają uzyskanie dużych prądów przy wystarczająco wysokim napięciu.

W przyszłości mówiąc o generatorach będziemy mieli na myśli indukcyjne generatory elektromechaniczne.

Obecnie dostępnych jest wiele różnych typów generatorów indukcyjnych. Ale wszystkie składają się z tych samych podstawowych części. Jest to po pierwsze elektromagnes lub magnes trwały wytwarzający pole magnetyczne, a po drugie uzwojenie, w którym indukowane jest zmienne pole elektromagnetyczne (w rozważanym modelu generatora jest to rama obrotowa). Ponieważ pole elektromagnetyczne indukowane w zwojach połączonych szeregowo sumuje się, amplituda indukowanego pola elektromagnetycznego w ramce jest proporcjonalna do liczby zwojów. Jest także proporcjonalna do amplitudy przemiennego strumienia magnetycznego Фm = BS w każdym zwoju.

Aby uzyskać duży strumień magnetyczny, generatory wykorzystują specjalny układ magnetyczny składający się z dwóch rdzeni wykonanych ze stali elektrotechnicznej. Uzwojenia wytwarzające pole magnetyczne umieszczone są w żłobkach jednego z rdzeni, natomiast uzwojenia, w których indukowane jest pole elektromagnetyczne, w żłobkach drugiego. Jeden z rdzeni (zwykle wewnętrzny) wraz z uzwojeniem obraca się wokół osi poziomej lub pionowej. Dlatego nazywa się to wirnikiem (lub twornikiem). Nieruchomy rdzeń wraz z uzwojeniem nazywany jest stojanem (lub cewką indukcyjną). Szczelina pomiędzy rdzeniami stojana i wirnika jest możliwie mała. To zapewnia najwyższa wartość strumień indukcji magnetycznej.

W modelu generatora pokazanym na rysunku 19 obraca się rama druciana będąca wirnikiem (choć bez żelaznego rdzenia). Pole magnetyczne jest wytwarzane przez stacjonarny magnes trwały. Można oczywiście zrobić odwrotnie – obrócić magnes i pozostawić ramkę w bezruchu.

W dużych generatorach przemysłowych to właśnie elektromagnes, czyli wirnik, obraca się, natomiast uzwojenia, w których indukowane jest pole elektromagnetyczne, umieszczone są w żłobkach stojana i pozostają nieruchome. Faktem jest, że prąd musi być dostarczany do wirnika lub usuwany z uzwojenia wirnika do obwodu zewnętrznego za pomocą styków ślizgowych. W tym celu wirnik jest wyposażony w pierścienie ślizgowe przymocowane do końcówek jego uzwojenia. Stałe płytki - szczotki - dociskane są do pierścieni i łączą uzwojenie wirnika z obwodem zewnętrznym. Natężenie prądu w uzwojeniach elektromagnesu wytwarzającego pole magnetyczne jest znacznie mniejsze niż prąd dostarczany przez generator do obwodu zewnętrznego. Dlatego wygodniej jest usunąć generowany prąd z uzwojeń stacjonarnych i poprzez styki ślizgowe dostarczyć stosunkowo słaby prąd do obracającego się elektromagnesu. Prąd ten jest generowany przez oddzielny generator prądu stałego (wzbudnicę) umieszczony na tym samym wale.

W generatorach małej mocy pole magnetyczne jest wytwarzane przez obracający się magnes trwały. W tym przypadku pierścienie i szczotki w ogóle nie są potrzebne.

Pojawienie się pola elektromagnetycznego w nieruchomych uzwojeniach stojana tłumaczy się pojawieniem się w nich wirowego pola elektrycznego, generowanego przez zmianę strumienia magnetycznego podczas obrotu wirnika.

Jeśli płaska rama obraca się w jednolitym polu magnetycznym, wówczas okres wytworzonego emf jest równy okresowi obrotu ramy. Nie zawsze jest to wygodne. Przykładowo, aby uzyskać prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz, rama musi wykonać 50 obr/s w jednolitym polu magnetycznym, tj. 3000 obr./min Ta sama prędkość obrotowa będzie wymagana w przypadku obrotu dwubiegunowego magnesu trwałego lub dwubiegunowego elektromagnesu. Rzeczywiście okres zmiany strumienia magnetycznego przenikającego przez zwoje uzwojenia stojana powinien wynosić 1/50 s. Aby to zrobić, każdy z biegunów wirnika musi przechodzić przez zwoje 50 razy na sekundę. Prędkość obrotową można zmniejszyć stosując jako wirnik elektromagnes posiadający 2, 3, 4... pary biegunów. Wtedy okres generowanego prądu będzie odpowiadał czasowi potrzebnemu do obrócenia wirnika odpowiednio o 1/2, 1/3, 1/4 ... ułamków koła. Dzięki temu wirnik może obracać się 2, 3, 4... razy wolniej. Ma to znaczenie, gdy generator napędzany jest silnikami wolnoobrotowymi, np. turbinami hydraulicznymi. Zatem wirniki generatorów elektrowni wodnej Uglich na Wołdze wykonują 62,5 obr./min i mają 48 par biegunów.

Generator 2,2 MHD

Podstawą współczesnej energetyki są elektrownie cieplne (CHP). Działanie elektrowni cieplnych opiera się na konwersji energii cieplnej powstałej podczas spalania paliwa organicznego, najpierw na energię mechaniczną obrotu wału turbiny parowej lub gazowej, a następnie za pomocą generatora elektrycznego na energię elektryczną . W wyniku tej podwójnej konwersji marnuje się dużo energii - uwalnianej w postaci ciepła do powietrza, zużywanej na urządzenia grzewcze itp.

Czy można ograniczyć te mimowolne wydatki energetyczne, skrócić proces konwersji energii i wyeliminować pośrednie etapy konwersji energii? Okazuje się, że jest to możliwe. Jedną z elektrowni, która przekształca energię poruszającej się elektrycznie przewodzącej cieczy lub gazu bezpośrednio w energię elektryczną, jest generator magnetohydrodynamiczny, w skrócie generator MHD.

Podobnie jak w konwencjonalnych generatorach elektrycznych, generator MHD opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej: w przewodniku przechodzącym przez linie energetyczne pole magnetyczne, pojawia się prąd elektryczny. W generatorze MHD takim przewodnikiem jest tzw. płyn roboczy – ciecz, gaz lub ciekły metal o dużej przewodności elektrycznej. Zazwyczaj generatory MHD wykorzystują gorący zjonizowany gaz lub plazmę. Kiedy plazma przemieszcza się przez pole magnetyczne, powstają w niej przeciwnie skierowane przepływy nośników ładunku - wolnych elektronów i jonów dodatnich.

Generator MHD składa się z kanału, przez który przemieszcza się plazma, elektromagnesu wytwarzającego pole magnetyczne oraz elektrod tłumiących nośniki ładunku. W efekcie pomiędzy przeciwstawnie umieszczonymi elektrodami powstaje różnica potencjałów, co powoduje przepływ prądu elektrycznego w podłączonym do nich obwodzie zewnętrznym. W ten sposób generator MHD zamienia energię poruszającej się plazmy bezpośrednio na energię elektryczną, bez żadnych pośrednich przemian.

Główną zaletą generatora MHD w porównaniu do konwencjonalnych generatorów elektromagnetycznych jest brak ruchomych elementów i części mechanicznych, takich jak np. w turbogeneratorze czy generatorze wodoru. Ta okoliczność pozwala znacznie zwiększyć początkową temperaturę płynu roboczego, a co za tym idzie, wydajność generatora.

Pierwszy eksperymentalny generator MHD o mocy zaledwie 11,5 kW powstał w 1959 roku w USA. W 1965 roku badano w ZSRR pierwszy radziecki generator MHD, a w 1971 roku uruchomiono instalację pilotażową – rodzaj elektrowni z generatorem MHD o mocy 25 MW. Elektrownie takie mogą służyć np. jako rezerwowe lub awaryjne źródła energii elektrycznej, a także źródła zasilania urządzeń wymagających znacznego zużycia energii elektrycznej w krótkim czasie.

2.3 Generator plazmy - plazmatron

Jeśli ciało stałe zostanie zbyt mocno ogrzane, zamieni się w ciecz. Jeśli podniesiesz temperaturę jeszcze wyżej, ciecz odparuje i zamieni się w gaz.

Ale co się stanie, jeśli będziesz nadal zwiększać temperaturę? Atomy substancji zaczną tracić swoje elektrony, zamieniając się w jony dodatnie. Zamiast gazu powstaje mieszanina gazowa, składająca się ze swobodnie poruszających się elektronów, jonów i atomów obojętnych. Nazywa się to plazmą.

Obecnie plazma jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach nauki i technologii: do obróbki cieplnej metali, nakładania na nie różnych powłok, wytapiania i innych operacji metalurgicznych. W Ostatnio Plazma zaczęła być szeroko stosowana przez chemików. Odkryli, że w strumieniu plazmy prędkość i wydajność wielu reakcji chemicznych znacznie wzrasta. Na przykład wprowadzając metan do strumienia plazmy wodorowej, można go przekształcić w bardzo cenny acetylen. Lub umieść opary oleju na szeregu związków organicznych - etylenu, propylenu i innych, które następnie służą jako ważne surowce do produkcji różnych materiałów polimerowych.

Schemat generatora plazmy - plazmatron

Strumień plazmy;

Wyładowanie łukowe;

Kanały wirowe gazu;

Katoda metalowa ogniotrwała;

Gaz tworzący plazmę;

Uchwyt elektrody;

Komora wyładowcza;

Elektrozawór;

Anoda miedziana.

Jak stworzyć plazmę? Wykorzystuje się do tego palnik plazmowy, czyli generator plazmy.

Jeśli umieścisz elektrody metalowe w naczyniu zawierającym gaz i przyłożysz do nich wysokie napięcie, nastąpi wyładowanie elektryczne. W gazie zawsze znajdują się wolne elektrony. Pod wpływem prądu elektrycznego przyspieszają i zderzając się z atomami gazu obojętnego, wybijają z nich elektrony i tworzą naładowane elektrycznie cząstki - jony, tj. jonizować atomy. Uwolnione elektrony są również przyspieszane przez pole elektryczne i jonizują nowe atomy, jeszcze bardziej zwiększając liczbę wolnych elektronów i jonów. Proces przebiega niczym lawina, atomy substancji bardzo szybko ulegają jonizacji, a substancja zamienia się w plazmę.

Proces ten zachodzi w plazmotronie łukowym. Pomiędzy katodą a anodą powstaje w nim wysokie napięcie, którym może być np. metal wymagający obróbki za pomocą plazmy. Do przestrzeni komory wyładowczej doprowadzana jest substancja tworząca plazmę, najczęściej gaz – powietrze, azot, argon, wodór, metan, tlen itp. Pod wpływem wysokiego napięcia w gazie następuje wyładowanie, a pomiędzy katodą i anodą powstaje łuk plazmowy. Aby uniknąć przegrzania ścianek komory wylotowej, chłodzi się je wodą. Urządzenia tego typu nazywane są palnikami plazmowymi z zewnętrznym łukiem plazmowym. Służą do cięcia, spawania, topienia metali itp.

Palnik plazmowy jest zaprojektowany nieco inaczej, aby wytworzyć strumień plazmy. Gaz tworzący plazmę jest wdmuchiwany z dużą prędkością przez system spiralnych kanałów i „zapalany” w przestrzeni pomiędzy katodą a ściankami komory wyładowczej, które są anodą. Plazma skręcona w gęsty strumień dzięki spiralnym kanałom jest wyrzucana z dyszy, a jej prędkość może sięgać od 1 do 10 000 m/s. Pole magnetyczne wytwarzane przez induktor pomaga „wycisnąć” plazmę ze ścianek komory i zagęścić jej strumień. Temperatura strumienia plazmy na wylocie dyszy wynosi od 3000 do 25000 K.

Przyjrzyj się bliżej temu rysunkowi. Czy przypomina Ci to coś dobrze znanego?

Oczywiście jest to silnik odrzutowy. Siła ciągu w silniku odrzutowym wytwarzana jest przez strumień gorących gazów wyrzucanych z dużą prędkością z dyszy. Im wyższa prędkość, tym większa siła uciągu. Co jest gorsze w plazmie? Prędkość odrzutowca jest całkiem odpowiednia – do 10 km/s. A za pomocą specjalnych pól elektrycznych plazmę można przyspieszyć jeszcze bardziej – do 100 km/s. Jest to około 100 razy większa prędkość gazów w istniejących silnikach odrzutowych. Oznacza to, że ciąg plazmowych lub elektrycznych silników odrzutowych może być większy, a zużycie paliwa można znacznie zmniejszyć. Pierwsze próbki silników plazmowych zostały już przetestowane w kosmosie.

Rozdział 3. Przesył energii elektrycznej

.1 Linie energetyczne

Energia elektryczna różni się korzystnie od wszystkich rodzajów energii tym, że jej potężne strumienie mogą być przesyłane niemal natychmiast na tysiące kilometrów. „Kanałami” rzek energetycznych są energetyczne linie przesyłowe (PTL) – główne ogniwa systemów energetycznych.

Obecnie budowane są dwa rodzaje linii elektroenergetycznych: napowietrzne, które przewodzą prąd przewodami nad powierzchnią ziemi, oraz podziemne, które przesyłają prąd za pomocą kabli elektroenergetycznych ułożonych z reguły w rowach pod ziemią.

Linie energetyczne składają się ze wsporników - betonowych lub metalowych, do których ramion przymocowane są girlandy z izolatorów porcelanowych lub szklanych. Druty miedziane, aluminiowe lub stalowo-aluminiowe są rozciągnięte pomiędzy podporami i podwieszone na izolatorach. Linia elektroenergetyczna wspomaga marsz przez pustynie i tajgę, wspinanie się wysoko w góry, przekraczanie rzek i górskich wąwozów.

Powietrze służy jako izolator pomiędzy przewodami. Dlatego im wyższe napięcie, tym większa powinna być odległość między drutami. Przez pola obok przebiegają także linie energetyczne osady. Dlatego przewody należy zawiesić na wysokości bezpiecznej dla ludzi. Właściwości powietrza jako izolatora zależą od warunków klimatycznych i meteorologicznych. Konstruktorzy linii energetycznych muszą wziąć pod uwagę siłę dominujących wiatrów, różnice temperatur latem i zimą i wiele innych. Dlatego budowa każdej nowej linii elektroenergetycznej wymaga poważnej pracy geodetów najlepszej trasy, badania naukowe, modelowanie, złożone obliczenia inżynierskie, a nawet wysokie umiejętności budowniczych.

Plan GOERLO przewidywał jednoczesne tworzenie potężnych elektrowni i sieci elektrycznych. Podczas przesyłania prądu elektrycznego przewodami na duże odległości straty energii są nieuniknione, ponieważ prąd elektryczny przepływający przez przewody powoduje ich nagrzewanie. Dlatego przesyłanie prądu o niskim napięciu, 127 - 220 V, wchodzącego do naszych mieszkań na odległość większą niż 2 km jest nieopłacalne. Aby zmniejszyć straty w przewodach, napięcie prądu elektrycznego zwiększa się w podstacjach podwyższających napięcie przed doprowadzeniem go do linii. Wraz ze wzrostem mocy elektrowni i poszerzaniem terytoriów objętych elektryfikacją napięcie prądu przemiennego na liniach przesyłowych stale wzrasta do 220, 380, 500 i 750 kV. Aby połączyć systemy elektroenergetyczne Syberii, Północnego Kazachstanu i Uralu, wybudowano linię elektroenergetyczną 1150 kV. Takich linii nie ma w żadnym kraju na świecie: wysokość podpór sięga 45 m (wysokość 15-piętrowego budynku), odległość między przewodami każdej z trzech faz wynosi 23 m.

Jednak przewody wysokiego napięcia są niebezpieczne dla życia i nie można ich wprowadzić do domów, fabryk i fabryk. Dlatego przed przesłaniem energii elektrycznej do odbiorcy prąd wysokiego napięcia jest zmniejszany w podstacjach obniżających.

Obwód transmisji prądu przemiennego jest następujący. Prąd niskiego napięcia wytwarzany przez generator doprowadzany jest do transformatora podstacji podwyższającej, przetwarzany na prąd wysokiego napięcia, następnie wzdłuż linii energetycznej trafia do miejsca zużycia energii, tutaj jest przetwarzany przez transformator na niskie napięcie prądu, a następnie trafia do konsumentów.

Nasz kraj jest twórcą innego rodzaju linii elektroenergetycznych - linii prądu stałego. Bardziej opłacalne jest przesyłanie prądu stałego liniami elektroenergetycznymi niż prądu przemiennego, ponieważ jeśli długość linii przekroczy 1,5-2 tys. Km, straty energii elektrycznej podczas przesyłania prądu stałego będą mniejsze. Przed wprowadzeniem prądu do domów konsumenckich jest on ponownie przekształcany w prąd przemienny.

Aby wprowadzić prąd wysokiego napięcia do miast i rozprowadzić go do podstacji obniżających napięcie, kablowe linie energetyczne układa się pod ziemią. Eksperci uważają, że w przyszłości napowietrzne linie energetyczne zasadniczo ustąpią miejsca liniom kablowym. Linie napowietrzne mają tę wadę: wokół przewodów wysokiego napięcia wytwarza się pole elektryczne, które przekracza pole magnetyczne Ziemi. A to ma niekorzystny wpływ na organizm ludzki. Może to stanowić jeszcze większe zagrożenie w przyszłości, gdy napięcie i prąd przesyłane liniami energetycznymi jeszcze bardziej wzrosną. Już teraz, aby uniknąć niepożądanych konsekwencji, konieczne jest utworzenie „pierwszego przejazdu” wokół linii energetycznych, na których zabrania się czegokolwiek budować.

Przetestowano linię kablową symulującą przyszłe nadprzewodzące linie energetyczne. Wewnątrz metalowej rury, pokrytej kilkoma warstwami najbardziej zaawansowanej izolacji termicznej, znajduje się miedziany rdzeń składający się z wielu przewodników, z których każdy pokryty jest warstwą niobu. Wewnątrz rury utrzymuje się prawdziwy kosmiczny chłód - temperatura 4,2 K. W tej temperaturze nie ma strat prądu na skutek oporu.

Aby przesyłać energię elektryczną, naukowcy opracowali linie wypełnione gazem (GIL). GIL jest metalowa rura, wypełniony gazem - sześciofluorkiem siarki. Gaz ten jest doskonałym izolatorem. Z obliczeń wynika, że ​​przy podwyższonym ciśnieniu gazu przewodami ułożonymi wewnątrz rury można przesyłać prąd elektryczny o napięciu do 500 kV.

Ułożone pod ziemią kablowe linie energetyczne pozwolą zaoszczędzić setki tysięcy hektarów cennej ziemi, szczególnie w dużych miastach.

Jak już powiedzieliśmy, taki przesył energii elektrycznej wiąże się z zauważalnymi stratami. Faktem jest, że prąd elektryczny nagrzewa przewody linii energetycznych. Zgodnie z prawem Joule'a-Lenza energię wydatkowaną na ogrzewanie drutów linii określa wzór

P = I 2Rt

gdzie R jest rezystancją linii. Jeżeli długość linii jest bardzo duża, przesył energii może stać się ekonomicznie nieopłacalny. Praktycznie bardzo trudno jest znacząco zmniejszyć rezystancję linii. Dlatego konieczne jest zmniejszenie natężenia prądu.

Ponieważ moc prądu jest proporcjonalna do iloczynu prądu i napięcia, aby utrzymać przesyłaną moc, konieczne jest zwiększenie napięcia w linii przesyłowej. Co więcej, im dłuższa linia przesyłowa, tym bardziej opłacalne jest zastosowanie wyższego napięcia. Zatem w linii przesyłowej wysokiego napięcia Wołżskaja HPP - Moskwa stosuje się napięcie 500 kV. Tymczasem generatory prądu przemiennego budowane są na napięcia nie przekraczające 16-20 kV. Wyższe napięcia wymagałyby skomplikowanych, specjalnych środków w celu odizolowania uzwojeń i innych części generatorów.

Dlatego w dużych elektrowniach instalowane są transformatory podwyższające. Transformator zwiększa napięcie w linii o tę samą wartość, o jaką zmniejsza prąd.

Aby bezpośrednio wykorzystać energię elektryczną w silnikach obrabiarek, w sieci oświetleniowej i do innych celów, należy obniżyć napięcie na końcach linii. Osiąga się to za pomocą transformatorów obniżających napięcie.

Zazwyczaj spadek napięcia i odpowiednio wzrost prądu odbywa się w kilku etapach. Na każdym etapie napięcie staje się coraz mniejsze, a obszar objęty siecią elektryczną staje się szerszy (ryc. 4).

Kiedy napięcie jest bardzo wysokie, pomiędzy przewodami rozpoczyna się wyładowanie koronowe, co prowadzi do utraty energii. Dopuszczalna amplituda Napięcie prądu przemiennego powinien być taki, aby dla danego pola przekroju drutu straty energii spowodowane wyładowaniem koronowym były nieznaczne.

Elektrownie w wielu regionach kraju połączone są liniami przesyłowymi wysokiego napięcia, tworząc wspólną sieć elektryczną, do której przyłączani są odbiorcy. Ta kombinacja, zwana systemem energetycznym, umożliwia wyrównanie „szczytowych” obciążeń zużycia energii w godzinach porannych i wieczornych. System elektroenergetyczny zapewnia nieprzerwane dostawy energii do odbiorców niezależnie od ich lokalizacji. Obecnie prawie całe terytorium kraju jest zaopatrywane w energię elektryczną za pośrednictwem zunifikowanych systemów energetycznych.

Utrata 1% energii elektrycznej dziennie dla naszego kraju oznacza stratę około pół miliona rubli.

3.2 Transformator

Prąd przemienny różni się korzystnie od prądu stałego tym, że jego natężenie można stosunkowo łatwo zmienić. Urządzenia przekształcające prąd przemienny o jednym napięciu na prąd przemienny o innym napięciu nazywane są transformatorami elektrycznymi (od łacińskiego słowa „transformo” - „przekształcam”). Transformator został wynaleziony przez rosyjskiego inżyniera elektryka P. N. Jabłoczkina w 1876 roku.

Transformator składa się z kilku cewek (uzwojeń) nawiniętych na ramę z izolowanym drutem, które są umieszczone na rdzeniu wykonanym z cienkich specjalnych blach stalowych.

Zmienny prąd elektryczny przepływający przez jedno z uzwojeń, zwany pierwotnym, wytwarza wokół niego i w rdzeniu zmienne pole magnetyczne, przecinając zwoje drugiego - wtórnego - uzwojenia transformatora, wzbudzając w nim zmienną siłę elektromotoryczną. Wystarczy podłączyć żarówkę do zacisków uzwojenia wtórnego, a w powstałym obwodzie zamkniętym będzie płynął prąd przemienny. W ten sposób energia elektryczna jest przenoszona z jednego uzwojenia transformatora na drugie bez bezpośredniego ich łączenia, tylko z powodu zmiennego pola magnetycznego łączącego uzwojenia.

Jeśli oba uzwojenia mają różną liczbę zwojów, wówczas w uzwojeniu wtórnym indukowane będzie to samo napięcie, co w uzwojeniu pierwotnym. Na przykład, jeśli do uzwojenia pierwotnego transformatora przyłożymy prąd przemienny o napięciu 220 V, wówczas w uzwojeniu wtórnym pojawi się prąd o napięciu 220 V. Jeśli uzwojenia są różne, napięcie w uzwojeniu wtórnym nie będzie równe do napięcia dostarczanego do uzwojenia pierwotnego. W transformatorze podwyższającym napięcie, tj. w transformatorze zwiększającym napięcie prądu elektrycznego uzwojenie wtórne zawiera więcej zwojów niż uzwojenie pierwotne, dlatego napięcie na nim jest większe niż na uzwojeniu pierwotnym. Przeciwnie, w transformatorze obniżającym napięcie uzwojenie wtórne zawiera mniej zwojów niż uzwojenie pierwotne, a zatem napięcie na nim jest mniejsze.

Transformatory są szeroko stosowane w przemyśle i życiu codziennym. Transformatory elektryczne mocy umożliwiają przesyłanie prądu przemiennego liniami elektroenergetycznymi na duże odległości przy niskich stratach energii. W tym celu napięcie prądu przemiennego generowane przez generatory elektrowni jest podnoszone za pomocą transformatorów do napięcia kilkuset tysięcy woltów i przesyłane liniami energetycznymi w różnych kierunkach. W miejscu poboru energii, oddalonym o wiele kilometrów od elektrowni, napięcie to jest redukowane za pomocą transformatorów.

Podczas pracy potężne transformatory bardzo się nagrzewają. Aby zmniejszyć nagrzewanie się rdzenia i uzwojeń, transformatory umieszcza się w specjalnych zbiornikach z olejem mineralnym. Transformator elektryczny wyposażony w taki układ chłodzenia ma imponujące wymiary: jego wysokość sięga kilku metrów, a waga sięga setek ton. Oprócz takich transformatorów istnieją również transformatory karłowate, które pracują w radiach, telewizorach, magnetofonach i telefonach. Za pomocą takich transformatorów uzyskuje się kilka napięć, które zasilają różne obwody urządzenia, przekazują sygnały z jednego obwodu elektrycznego do drugiego, z kaskady na kaskadę i oddzielają obwody elektryczne.

Jak już powiedzieliśmy, transformator składa się z zamkniętego rdzenia stalowego, na którym umieszczone są dwie (czasami więcej) cewki z uzwojeniami z drutu (ryc. 5). Jedno z uzwojeń, zwane uzwojeniem pierwotnym, jest podłączone do źródła napięcia przemiennego. Drugie uzwojenie, do którego podłączone jest „obciążenie”, tj. urządzenia i urządzenia zużywające energię elektryczną nazywane są wtórnymi. Schemat konstrukcyjny transformatora z dwoma uzwojeniami pokazano na rysunku 6.

Działanie transformatora opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Kiedy prąd przemienny przepływa przez uzwojenie pierwotne, w rdzeniu pojawia się przemienny strumień magnetyczny, który wzbudza indukowany emf w każdym uzwojeniu. Rdzeń stalowy transformatora koncentruje pole magnetyczne w taki sposób, że strumień magnetyczny występuje prawie wyłącznie wewnątrz rdzenia i jest taki sam we wszystkich jego przekrojach.

Chwilowa wartość indukowanego emf e w dowolnym zwoju uzwojenia pierwotnego lub wtórnego jest taka sama. Zgodnie z prawem Faradaya określa się to na podstawie wzoru

e = - Ф,

gdzie Ф jest pochodną strumienia indukcji magnetycznej po czasie. Jeśli

F=F M w takim razie

Stąd,

e = wФ M grzech,

e = E M grzech,

gdzie E M = wФ M - amplituda pola elektromagnetycznego w jednym zwoju.

Jeśli obwód zużywający energię elektryczną zostanie podłączony do końcówek uzwojenia wtórnego lub, jak mówią, obciążony zostanie transformator, wówczas prąd w uzwojeniu wtórnym nie będzie już wynosić zero. Powstały prąd, zgodnie z regułą Lenza, powinien zmniejszać zmiany pola magnetycznego w rdzeniu.

Jednak zmniejszenie amplitudy oscylacji powstałego strumienia magnetycznego powinno z kolei zmniejszyć indukowany emf w uzwojeniu pierwotnym. Nie jest to jednak możliwe, gdyż wg 1~tj 1. dlatego też, gdy obwód uzwojenia wtórnego jest zamknięty, prąd w uzwojeniu pierwotnym automatycznie wzrasta. Jego amplituda wzrasta w taki sposób, aby przywrócić poprzednią wartość amplitudy oscylacji powstałego strumienia magnetycznego.

Wzrost natężenia prądu w obwodzie uzwojenia pierwotnego następuje zgodnie z zasadą zachowania energii: uwolnieniu energii elektrycznej do obwodu połączonego z uzwojeniem wtórnym transformatora towarzyszy pobór tej samej energii z sieci przez uzwojenie pierwotne. Moc w obwodzie pierwotnym przy obciążeniu transformatora zbliżonym do znamionowego jest w przybliżeniu równa mocy w obwodzie wtórnym: U 1I 1~U 2I 2.

Oznacza to, że zwiększając kilkakrotnie napięcie za pomocą transformatora, zmniejszamy prąd o tę samą wartość (i odwrotnie).

W nowoczesnych transformatorach o dużej mocy całkowite straty energii nie przekraczają 2-3%.

Aby przesyłanie energii elektrycznej było opłacalne ekonomicznie, należy zadbać o to, aby straty cieplne przewodów były jak najmniejsze. Osiąga się to poprzez przesyłanie energii elektrycznej na duże odległości pod wysokim napięciem. Faktem jest, że gdy napięcie wzrasta, tę samą energię można przesłać przy niższym natężeniu prądu, co prowadzi do zmniejszenia nagrzewania się drutów, a tym samym zmniejszenia strat energii. W praktyce przy przesyłaniu energii stosuje się napięcia 110, 220, 380, 500, 750 i 1150 kV. Im dłuższa linia energetyczna, tym wyższe napięcie wykorzystuje.

Generatory prądu przemiennego wytwarzają napięcie kilku kilowoltów. Przekształcenie generatorów na wyższe napięcia jest trudne – w takich przypadkach wymagana byłaby szczególnie wysoka jakość izolacji wszystkich części generatora znajdujących się pod napięciem. Dlatego przy przesyłaniu energii na duże odległości konieczne jest podniesienie napięcia za pomocą transformatorów instalowanych w podstacjach podwyższających.

Schemat działania podstacji elektrycznych: podwyższający, przekształtnik (trakcyjny), obniżający.

Przekształcone wysokie napięcie przesyłane jest liniami energetycznymi do punktu odbioru. Ale konsument nie potrzebuje wysokiego napięcia. Należy go obniżyć. Osiąga się to w podstacjach obniżających napięcie.

Podstacje obniżające dzielą się na podstacje okręgowe, główne i lokalne. Sieci gminne odbierają energię elektryczną bezpośrednio z linii wysokiego napięcia, obniżają napięcie i przesyłają je do głównych podstacji obniżających, gdzie napięcie jest obniżane do 6,10 lub 35 kV. Z głównych podstacji energia elektryczna dostarczana jest do lokalnych, gdzie napięcie jest obniżane do 500, 380, 220 V i rozprowadzane do przedsiębiorstw przemysłowych i budynków mieszkalnych.

Czasami za podstacją podwyższającą znajduje się również podstacja przekształtnikowa, w której prąd przemienny jest przetwarzany na prąd stały. To tutaj następuje sprostowanie prądu. Prąd stały przesyłany jest liniami energetycznymi na duże odległości. Na końcu linii w tej samej podstacji jest on ponownie przekształcany (odwracany) na prąd przemienny, który jest dostarczany do głównych podstacji obniżających napięcie. Aby zasilić zelektryfikowane instalacje transportowe i przemysłowe prądem stałym, obok podstacji głównych obniżonych i lokalnych buduje się podstacje przekształtnikowe (w transporcie nazywane są trakcyjnymi).

generator transformatora prądu elektrycznego

Rozdział 4. Energia dla hutnika

.1 Produkcja stali w piecach elektrycznych

Piec elektryczny to urządzenie, w którym ciepło uzyskane w wyniku zamiany energii elektrycznej na energię cieplną przekazywane jest do topionego materiału. Ze względu na sposób przetwarzania energii elektrycznej na ciepło piece elektryczne dzielą się na następujące grupy:

) łuk, w którym prąd elektryczny zamienia się w ciepło w łuku;

) piece oporowe, w których ciepło powstaje w specjalnych elementach lub surowcach w wyniku przepływu przez nie prądu elektrycznego;

) kombinowane, pracujące jednocześnie jako piece łukowe i oporowe (piece rudo-termiczne);

) indukcja, podczas której metal jest podgrzewany przez przepływy wirowe wzbudzone w nim indukcją elektromagnetyczną;

) wiązka elektronów, w której za pomocą prądu elektrycznego w próżni powstaje ściśle ukierunkowany przepływ elektronów, bombardując i topiąc materiały wyjściowe;

) plazma, w której ogrzewanie i topienie metalu odbywa się za pomocą plazmy niskotemperaturowej.

W piecu elektrycznym możliwe jest wytwarzanie stali stopowych o niskiej zawartości siarki i fosforu, wtrąceń niemetalicznych, przy znacznie mniejszych stratach pierwiastków stopowych. W procesie wytapiania elektrycznego można precyzyjnie regulować temperaturę metalu i jego składu oraz topić stopy o niemal dowolnym składzie.

Piece elektryczne mają znaczną przewagę nad innymi jednostkami hutniczymi, dlatego właśnie w tych piecach wytapiane są wysokostopowe stopy narzędziowe, nierdzewne stopy łożyskowe, stale żaroodporne i żaroodporne, a także wiele stali konstrukcyjnych. Do produkcji stali martenowskich niskostopowych i wysokowęglowych z powodzeniem wykorzystuje się wydajne piece elektryczne. Ponadto w piecach elektrycznych produkowane są różne żelazostopy, które są stopami żelaza z pierwiastkami, które należy usunąć ze stali w celu utworzenia stopu i odtlenienia.

Budowa elektrycznych pieców łukowych.

Pierwszy elektryczny piec łukowy w Rosji zainstalowano w 1910 roku w fabryce w Obuchowie. W ciągu lat planów pięcioletnich zbudowano setki różnych pieców. Pojemność największego pieca w ZSRR wynosi 200 ton.Piec składa się z cylindrycznej żelaznej obudowy z kulistym dnem. Wnętrze obudowy posiada ognioodporną wyściółkę. Przestrzeń topienia pieca przykryta jest zdejmowanym dachem.

Piekarnik posiada okno robocze oraz wylot z rynienką spustową. Piec zasilany jest trójfazowym prądem przemiennym. Ogrzewanie i topienie metalu odbywa się za pomocą silnych łuków elektrycznych płonących pomiędzy końcami trzech elektrod a metalem w piecu. Piec opiera się na dwóch segmentach nośnych, które toczą się wzdłuż ramy. Pochylenie pieca w kierunku wylotu i okna roboczego odbywa się za pomocą mechanizmu zębatkowego. Przed załadunkiem pieca łuk zawieszony na łańcuchach podnosi się do portalu, następnie portal z łukiem i elektrodami obraca się w stronę rynny spustowej i piec zostaje załadowany wanną.

Urządzenia mechaniczne pieca łukowego.

Obudowa pieca musi wytrzymać obciążenie masą materiałów ogniotrwałych i metalu. Wykonany jest ze spawanej blachy o grubości 16-50 mm, w zależności od wielkości pieca. Kształt obudowy wyznacza profil przestrzeni roboczej elektrycznego pieca łukowego. Najpopularniejszym obecnie rodzajem osłonki jest osłonka stożkowa. Dolna część obudowy ma kształt walca, górna część ma kształt stożka z przedłużeniem ku górze. Taki kształt obudowy ułatwia napełnienie pieca materiałem ogniotrwałym, a nachylone ściany zwiększają trwałość muru, gdyż jest on położony dalej od łuków elektrycznych. Stosowane są również obudowy cylindryczne z panelami chłodzonymi wodą. Dla zachowania prawidłowego cylindrycznego kształtu obudowa została wzmocniona żebrami i pierścieniami usztywniającymi. Dno obudowy jest zwykle wykonane w kształcie kuli, co zapewnia największą wytrzymałość obudowy i minimalny ciężar muru. Dno wykonane jest ze stali niemagnetycznej do montażu pod paleniskiem mieszadła elektromagnetycznego.

Góra pieca przykryta jest sklepieniem. Sklepienie jest zmontowane z cegieł ogniotrwałych w metalowym chłodzonym wodą pierścieniu sklepieniowym, który wytrzymuje siły pchające łukowego sklepienia kulistego.W dolnej części pierścienia znajduje się występ - nóż, który wpasowuje się w uszczelkę piaskową sklepienia obudowa pieca. W murarstwołuk pozostawia trzy otwory na elektrody. Średnica otworów jest większa niż średnica elektrody, dlatego podczas topienia do szczeliny przedostają się gorące gazy, które niszczą elektrodę i usuwają ciepło z pieca. Aby temu zapobiec, na sklepieniu instaluje się lodówki lub ekonomizery, które służą do uszczelniania otworów elektrod i chłodzenia muru sklepienia. Ekonomizery gazowo-dynamiczne zapewniają uszczelnienie za pomocą kurtyny powietrznej wokół elektrody. W dachu znajduje się również otwór do zasysania gazów zapylonych oraz otwór na lancę tlenową.

Do załadunku wsadu do pieca o małej pojemności oraz załadunku stopów i topników do pieców dużych, pieców do pobierania żużla, kontroli, napełniania i naprawy pieca służy okno załadunkowe otoczone odlewaną ramą. Do ramy, po której przesuwa się amortyzator, mocowane są prowadnice. Klapka wyłożona jest cegłami ogniotrwałymi. Do podnoszenia klapy wykorzystuje się napęd pneumatyczny, hydrauliczny lub elektromechaniczny.

Po przeciwnej stronie obudowy znajduje się okno do wyjmowania stali z pieca. Do okna przyspawana jest rynna odpływowa. Otwór do uwalniania stali może być okrągły o średnicy 120-150 mm lub kwadratowy o średnicy 150 na 250 mm. Rynna spustowa ma przekrój niecki i jest przyspawana do obudowy pod kątem 10-12° do poziomu. Wnętrze rynny wyłożone jest cegłą szamotową, jej długość wynosi 1-2 m.

Uchwyty elektrod służą do dostarczania prądu do elektrod i ich mocowania. Głowice uchwytów elektrod wykonane są z brązu lub stali i są chłodzone wodą, ponieważ są bardzo gorące zarówno od ciepła z pieca, jak i od prądów kontaktowych. Uchwyt elektrody powinien mocno zaciskać elektrodę i mieć niską rezystancję styku. Najpopularniejszym obecnie jest uchwyt elektrody sprężynowo-pneumatyczny. Elektrodę mocuje się za pomocą stałego pierścienia i płytki zaciskowej, która dociskana jest do elektrody za pomocą sprężyny. Płytka jest ściskana z elektrody, a sprężyna jest ściskana za pomocą sprężonego powietrza. Uchwyt elektrody osadzony jest na metalowej tulei – konsoli, która połączona jest z ruchomym stojakiem w kształcie litery L w jedną sztywną konstrukcję. Słupek może przesuwać się w górę lub w dół wewnątrz stałego słupka skrzynkowego. Trzy stałe słupy są sztywno połączone w jedną wspólną konstrukcję, która opiera się na platformie łoża wsporczego pieca.

Ruch regałów teleskopowych ruchomych odbywa się albo za pomocą układu linek i przeciwwag napędzanych silnikami elektrycznymi, albo za pomocą urządzeń hydraulicznych. Mechanizmy przemieszczania elektrod powinny zapewniać szybkie uniesienie elektrod w przypadku zapadnięcia się ładunku w procesie topienia, a także płynne opuszczanie elektrod, aby uniknąć ich zanurzenia w metalu lub uderzenia w niestopione kawałki metalu. opłata. Prędkość podnoszenia elektrod wynosi 2,5-6,0 m/min, prędkość opuszczania 1,0-2,0 m/min.

Mechanizm przechyłu pieca powinien płynnie przechylać piec w stronę wylotu pod kątem 40-45° w celu wypuszczenia stali i pod kątem 10-15 stopni w stronę okna roboczego w celu zrzutu żużla. Rama pieca, czyli kołyska, na której montowany jest korpus, opiera się na dwóch do czterech segmentach wsporczych, które toczą się po poziomych prowadnicach. Sektory posiadają otwory, a prowadnice posiadają zęby, które zapobiegają przesuwaniu się sektorów przy przechyleniu piekarnika. Przechylanie pieca odbywa się za pomocą mechanizmu zębatkowego lub napędu hydraulicznego. Dwa cylindry są osadzone na stałych wspornikach fundamentowych, a pręty są połączone przegubowo z sektorami nośnymi łoża pieca.

System załadunku pieca występuje w dwóch rodzajach: przez okno napełniania za pomocą maszyny załadowczej muldoza oraz od góry za pomocą łyżki. Ładowanie przez okno stosuje się tylko w małych piekarnikach. Podczas ładowania pieca od góry w jednym lub dwóch etapach przez 5 minut, wykładzina stygnie mniej, a czas topienia ulega skróceniu; zużycie energii jest zmniejszone; Objętość pieca jest wykorzystywana bardziej efektywnie. W celu załadunku pieca dach podnosi się na wysokość 150-200 mm ponad obudowę pieca i odchyla na bok wraz z elektrodami, całkowicie otwierając przestrzeń roboczą pieca na wprowadzenie wanny wsadu. Dach pieca jest zawieszony na ramie. Połączona jest ze stałymi stojakami uchwytów elektrod w jedną sztywną konstrukcję, wspartą na obrotowej konsoli, która jest osadzona na łożysku podporowym. Duże piece mają obrotową wieżę, w której skoncentrowane są wszystkie mechanizmy obracania dachu. Wieża obraca się wokół zawiasu na rolkach wzdłuż łukowatej szyny.

Wanna jest stalowym cylindrem, którego średnica jest mniejsza niż średnica przestrzeni roboczej pieca. W dolnej części cylindra znajdują się ruchome elastyczne sektory, których końce są ściągane razem za pomocą pierścieni za pomocą linki. Ważenie i załadunek wsadu odbywa się na placu wsadowym topielni pieca elektrycznego. Wanna jest transportowana do warsztatu na wózku, podnoszona za pomocą dźwigu i opuszczana do piekarnika.

Za pomocą pomocniczego podnoszenia dźwigu wyciąga się kabel z uch sektorów, a podczas podnoszenia wanny sektory otwierają się, a wsad zasypywany jest do pieca w kolejności, w jakiej był umieszczany w komorze. wanna. Jeżeli jako wsad stosuje się metalizowane pelety, załadunek może odbywać się w sposób ciągły rurociągiem prowadzącym do otworu w sklepieniu pieca. Podczas topienia elektrody wycinają w ładunku trzy dołki, na dnie których gromadzi się ciekły metal. Aby przyspieszyć topienie, piece wyposażono w urządzenie obrotowe, które obraca korpus w jedną lub drugą stronę pod kątem 80°. W tym przypadku elektrody wycinają dziewięć dołków w ładunku. Aby obrócić korpus, należy podnieść łuk, podnieść elektrody powyżej poziomu naładowania i obrócić korpus za pomocą koła koronowego przymocowanego do korpusu i kół zębatych. Korpus pieca spoczywa na rolkach.

Oczyszczanie spalin.

Nowoczesne, duże piece łukowe do wytapiania stali podczas pracy emitują do atmosfery duże ilości gazów pyłowych. Przyczynia się do tego dodatkowo zastosowanie tlenu i materiałów sproszkowanych.

Zawartość pyłu w gazach elektrycznych pieców łukowych sięga 10 g/m^3 i znacznie przekracza normę. Do zbierania pyłu z przestrzeni roboczej pieców zasysane są gazy za pomocą silnego wentylatora. W tym celu w dachu pieca wykonuje się czwarty otwór z rurą zasysającą gaz. Rura łączy się z rurociągiem stacjonarnym poprzez szczelinę, która umożliwia przechylanie lub obracanie piekarnika. Po drodze gazy są rozcieńczane powietrzem niezbędnym do dopalenia CO. Gazy są następnie schładzane strumieniami wody w wymienniku ciepła i kierowane do systemu rurek Venturiego, gdzie pył jest zatrzymywany poprzez nawilżanie. Stosowane są również filtry tkaninowe, dezintegratory i elektrofiltry. Stosowane są systemy oczyszczania gazu obejmujące całą piecownię elektryczną, z zamontowaniem okapów oddymiających pod dachem hali nad piecami elektrycznymi.

Wyściółka pieca.

Większość pieców łukowych ma główną wykładzinę wykonaną z materiałów na bazie MgO. Wykładzina pieca tworzy metalową wannę i pełni rolę warstwy termoizolacyjnej ograniczającej straty ciepła. Głównymi częściami obudowy są dno, ściany i dach pieca. Temperatura w obszarze łuków elektrycznych sięga kilku tysięcy stopni. Chociaż wyłożenie pieca jest oddzielone od łuków, musi ono nadal wytrzymywać temperatury do 1700°C. W związku z tym materiały użyte na podszewkę muszą mieć wysoką odporność ogniową, wytrzymałość mechaniczną, odporność termiczną i chemiczną. Palenisko pieca do wytapiania stali montuje się w następującej kolejności. Azbest arkuszowy układa się na osłonie stalowej, na warstwie azbestu z proszku szamotowego, dwóch warstwach cegieł szamotowych i warstwie bazowej z cegieł magnezytowych. Na dnie z cegły magnezytowej nanoszono roboczą warstwę proszku magnezytowego z żywicą i smołą, produktu rafinacji ropy naftowej. Grubość zadrukowanej warstwy wynosi 200 mm. Całkowita grubość paleniska jest w przybliżeniu równa głębokości wanny i może sięgać 1 m w przypadku dużych pieców. Ściany pieca układane są po odpowiednim ułożeniu cegieł azbestowych i szamotowych z wielkogabarytowych niewypalonych cegieł magnezytowo-chromitowych o długości do 430 mm. Murowanie ścian może być wykonane z cegieł w żelaznych kasetach, które zapewniają zespawanie cegieł w jeden monolityczny blok. Trwałość ścian sięga 100-150 topi. Trwałość paleniska wynosi od roku do dwóch lat. Wykładzina sklepienia pieca pracuje w trudnych warunkach. Wytrzymuje duże obciążenia termiczne od płonących łuków i ciepła odbitego przez żużel. Sklepienia dużych pieców wykonane są z cegieł magnezytowo-chromitowych. Do budowy sklepienia stosuje się cegły zwykłe i kształtowe. Sklepienie w przekroju ma kształt łuku, co zapewnia ścisłe przyleganie cegieł do siebie. Trwałość łuku wynosi 50 - 100 topi. Zależy to od elektrycznego trybu wytapiania, długości przebywania ciekłego metalu w piecu, składu wytapianej stali i żużla. Obecnie coraz popularniejsze stają się sklepienia i panele ścienne chłodzone wodą. Elementy te ułatwiają obsługę wykładziny.

Prąd doprowadzany jest do przestrzeni topienia pieca poprzez elektrody złożone z kształtowników, z których każdy jest okrągłym kęsem o średnicy od 100 do 610 mm i długości do 1500 mm. W małych piecach elektrycznych stosuje się elektrody węglowe, w dużych - grafit. Elektrody grafitowe produkowane są z materiałów węglowych o niskiej zawartości popiołu: koksu naftowego, żywicy, smoły. Masa elektrodowa jest mieszana i prasowana, po czym surowy detal jest wypalany w piecach gazowych w temperaturze 1300 stopni i poddawany dodatkowemu wypalaniu grafityzującemu w temperaturze 2600 - 2800 stopni w piecach elektrycznych oporowych. Podczas pracy, w wyniku utleniania przez gazy piecowe i atomizacji podczas spalania łukowego, elektrody wypalają się.

Po skróceniu elektroda jest opuszczana do pieca. W tym przypadku uchwyt elektrody zbliża się do łuku. Przychodzi moment, gdy elektroda staje się tak krótka, że ​​nie jest w stanie utrzymać łuku i należy ją przedłużyć. W celu przedłużenia elektrod na końcach odcinków wykonuje się gwintowane otwory, w które wkręca się złączkę przejściową, za pomocą której łączone są poszczególne sekcje. Zużycie elektrod wynosi 5-9 kg na tonę wyprodukowanej stali.

Łuk elektryczny jest jednym z rodzajów wyładowań elektrycznych, podczas których prąd przepływa przez zjonizowane gazy i pary metali. Gdy elektrody na krótko zbliżą się do ładunku lub do siebie, następuje zwarcie.

Płynie duży prąd. Końce elektrod stają się gorące do białości. Podczas rozsuwania elektrod powstaje między nimi łuk elektryczny. Z gorącej katody następuje termionowa emisja elektronów, które kierując się w stronę anody zderzają się z cząsteczkami gazu obojętnego i jonizują je. Jony ujemne kierowane są na anodę, jony dodatnie na katodę. Przestrzeń pomiędzy anodą i katodą staje się zjonizowana i przewodząca. Bombardowanie anody elektronami i jonami powoduje jej znaczne nagrzewanie. Temperatura anody może osiągnąć 4000 stopni. Łuk może palić się prądem stałym i przemiennym. Elektryczne piece łukowe działają na prąd przemienny. Niedawno w Niemczech zbudowano elektryczny piec łukowy na prąd stały.

W pierwszej połowie tego okresu, gdy elektroda jest katodą, łuk pali się. Gdy zmienia się polaryzacja, gdy ładunek - metal - staje się katodą, łuk gaśnie, ponieważ w początkowym okresie topienia metal nie jest jeszcze nagrzany, a jego temperatura jest niewystarczająca do emisji elektronów. Dlatego w początkowym okresie topienia łuk pali się niespokojnie i z przerwami. Po pokryciu kąpieli warstwą żużla łuk stabilizuje się i pali bardziej równomiernie.

Sprzęt elektryczny.

Elektrody służą do dostarczania prądu do przestrzeni roboczej pieca i tworzą łuk elektryczny. Elektrody mogą być węglowe lub grafitowe. W elektrycznym wytwarzaniu stali stosuje się głównie elektrody grafitowane. Elektrody węglowe są powszechnie stosowane w małych piecach.

Wyposażenie elektryczne pieców łukowych obejmuje osprzęt głównego obwodu prądowego, aparaturę kontrolno-pomiarową, zabezpieczającą i sygnalizacyjną, a także automatyczny regulator mechanizmu ruchu elektrody, napędy elektryczne mechanizmów pieca oraz instalację do elektromagnetycznego mieszania metali.

Napięcie robocze elektrycznych pieców łukowych wynosi 100–800 V, a prąd mierzy się w dziesiątkach tysięcy amperów. Moc pojedynczej instalacji może sięgać 50 - 140 MVA*A. Do podstacji pieca elektrycznego doprowadzane jest napięcie prądu do 110 kV. Wysokie napięcie zasila uzwojenia pierwotne transformatorów piecowych. Wyposażenie elektryczne pieca łukowego obejmuje następujące urządzenia:

Odłącznik powietrza przeznaczony jest do odłączenia całej instalacji pieca elektrycznego od linii wysokiego napięcia podczas topienia. Odłącznik nie jest przeznaczony do włączania i wyłączania prądu, dlatego można go używać tylko z podniesionymi elektrodami i bez łuków. Konstrukcyjnie odłącznik jest trójfazowym przełącznikiem typu przerywacz.

Główny wyłącznik służy do odłączania pod obciążeniem obwodu elektrycznego, przez który przepływa prąd o wysokim napięciu. Jeżeli wsad nie zostanie szczelnie umieszczony w piecu na początku wytapiania, gdy wsad jest jeszcze zimny, łuki palą się niestabilnie, ładunek zapada się i dochodzi do zwarć pomiędzy elektrodami. W tym przypadku siła prądu gwałtownie wzrasta. Prowadzi to do dużych przeciążeń transformatora, które mogą ulec awarii. Gdy prąd przekroczy ustawiony limit, wyłącznik automatycznie wyłączy instalację, dla której przewidziano przekaźnik prądu maksymalnego.

Do konwersji wysokiego napięcia na niskie napięcie (od 6-10 kV do 100-800 V) potrzebny jest transformator piecowy. Uzwojenia wysokiego i niskiego napięcia oraz obwody magnetyczne, na których są umieszczone, znajdują się w zbiorniku z olejem, który służy do chłodzenia uzwojeń. Chłodzenie następuje poprzez wymuszone tłoczenie oleju z obudowy transformatora do zbiornika wymiennika ciepła, w którym olej jest chłodzony wodą. Transformator instaluje się obok pieca elektrycznego w specjalnym pomieszczeniu. Posiada urządzenie, które pozwala na stopniowe przełączanie uzwojeń i tym samym skokową regulację napięcia dostarczanego do pieca. Przykładowo transformator do 200-tonowego pieca domowego o mocy 65 MV*A ma 23 poziomy napięcia, które przełączają się pod obciążeniem, bez wyłączania pieca.

Działka sieć elektryczna od transformatora do elektrod nazywa się krótką siecią. Podajniki wychodzące ze ściany stacji transformatorowej dostarczają napięcie do uchwytu elektrody za pomocą giętkich, chłodzonych wodą kabli. Długość elastycznego odcinka powinna umożliwiać pożądane nachylenie pieca i otwarcie dachu w celu załadunku. Elastyczne kable są podłączone do miedzianych prętów chłodzonych wodą zainstalowanych na tulejach uchwytów elektrod. Opony rurowe są bezpośrednio połączone z głowicą uchwytu elektrody, która zaciska elektrodę. Oprócz wskazanych głównych elementów sieci elektrycznej, obejmuje ona różnorodne urządzenia pomiarowe podłączone do linii prądowych poprzez przekładniki prądowe lub napięciowe, a także urządzenia do automatycznej kontroli procesu wytapiania.

Automatyczna regulacja.

W miarę postępu topienia do elektrycznego pieca łukowego należy dostarczać zmienną ilość energii. Zasilanie można zmienić, zmieniając napięcie lub prąd łuku. Regulacja napięcia odbywa się poprzez przełączanie uzwojeń transformatora. Regulacja prądu odbywa się poprzez zmianę odległości elektrody od ładunku poprzez podnoszenie lub opuszczanie elektrod. W tym przypadku napięcie łuku nie ulega zmianie. Opuszczanie lub podnoszenie elektrod odbywa się automatycznie za pomocą automatycznych regulatorów zainstalowanych na każdej fazie pieca. W nowoczesnych piecach można ustawić zadany program trybu elektrycznego na cały okres topienia.

Urządzenie do elektromagnetycznego mieszania metalu.

Aby wymieszać metal w dużych piecach łukowych, przyspieszyć i ułatwić operacje technologiczne pobierania żużla, w skrzynce pod dnem pieca instaluje się uzwojenie elektryczne chłodzone wodą lub sprężonym powietrzem. Uzwojenia stojana zasilane są prądem o niskiej częstotliwości z generatora dwufazowego, który wytwarza przemieszczające się pole magnetyczne, które wychwytuje kąpiel ciekłego metalu i powoduje ruch dolnych warstw metalu wzdłuż dna pieca w kierunku ruchu pola . Górne warstwy metalu wraz z przylegającym do niego żużlem przesuwają się Odwrotna strona. W ten sposób ruch można skierować albo w stronę okna roboczego, co ułatwi wyjście żużla z pieca, albo w stronę otworu spustowego, co będzie sprzyjać równomiernemu rozprowadzeniu składników stopowych i odtleniających oraz uśrednieniu składu metalu i jego temperatura. Metoda ta ma ostatnio ograniczone zastosowanie, ponieważ w piecach o dużej wytrzymałości metal jest aktywnie mieszany za pomocą łuków. Topienie stali w głównym elektrycznym piecu łukowym.

Surowy materiał.

Głównym materiałem do wytapiania elektrycznego jest złom stalowy. Złom nie powinien być mocno utleniony, gdyż obecność dużej ilości rdzy wprowadza do stali znaczną ilość wodoru. W zależności od skład chemiczny Złom należy posegregować w odpowiednie grupy. Główna ilość złomu przeznaczonego do topienia w piecach elektrycznych musi być zwarta i ciężka. Przy małej masie objętościowej złomu cała porcja do przetopienia nie mieści się w piecu. Należy przerwać proces wytapiania i załadować wsad. Wydłuża to czas topienia, prowadzi do zwiększonego zużycia energii i zmniejsza wydajność pieców elektrycznych. Od niedawna w piecach elektrycznych stosuje się metalizowane pelety otrzymywane metodą bezpośredniej redukcji. Zaletą tego rodzaju surowca, zawierającego 85-93% żelaza, jest to, że nie jest on zanieczyszczony miedzią i innymi zanieczyszczeniami. Zaleca się stosowanie pelletu do wytapiania wysokowytrzymałych konstrukcyjnych stali stopowych, stali elektrotechnicznych i stali łożyskowych.

W topielni z piecem elektrycznym powstają odpady stopowe w postaci podtopionych wlewków i wlewków; na dziale strippingu w postaci wiórów, w walcowniach w postaci ścinków i złomu itp.; Ponadto duża część złomu stopowego pochodzi z zakładów produkujących maszyny. Wykorzystanie odpadów metali stopowych pozwala zaoszczędzić cenne materiały stopowe i zwiększa efektywność ekonomiczną wytopów elektrycznych. Żelazo miękkie jest specjalnie wytapiane w piecach martenowskich i konwertorach i służy do kontrolowania zawartości węgla podczas procesu wytapiania elektrycznego.

4.2 Typowe odbiorniki energii elektrycznej

Odbiorcy rozważanej grupy tworzą równomierne i symetryczne obciążenie we wszystkich trzech fazach. Wstrząsy obciążenia występują tylko podczas rozruchu. Współczynnik mocy jest dość stabilny i zwykle ma wartość 0,8-0,85. Do napędu elektrycznego dużych pomp, sprężarek i wentylatorów najczęściej stosuje się silniki synchroniczne pracujące z wiodącym współczynnikiem mocy.

Urządzenia podnoszące i transportowe pracują w trybie przerywanym. Urządzenia te charakteryzują się częstymi skokami obciążenia. ze względu na nagłe zmiany obciążenia współczynnik mocy również zmienia się w znacznych granicach, średnio od 0,3 do 0,8. W zakresie zasilania gwarantowanego urządzenia te należy zaliczyć (w zależności od miejsca pracy i instalacji) do odbiorców I i II kategorii. Urządzenia do podnoszenia i transportu wykorzystują zarówno prąd przemienny (50 Hz), jak i prąd stały. W większości przypadków obciążenie urządzeń dźwigowych po stronie prądu przemiennego należy uznać za symetryczne we wszystkich trzech fazach.

Instalacje oświetlenia elektrycznego

Lampy elektryczne są obciążeniem jednofazowym, jednak ze względu na małą moc odbiornika (zwykle nie więcej niż 2 kW) w sieci elektrycznej, przy prawidłowym zgrupowaniu opraw oświetleniowych, można uzyskać dość równomierne obciążenie w fazach ( z asymetrią nie większą niż 5-10%).

Charakter obciążenia jest jednolity, bez wstrząsów, ale jego wartość zmienia się w zależności od pory dnia, roku i położenie geograficzne. Częstotliwość prądu jest ogólnie przemysłowa i wynosi 50 Hz. Współczynnik mocy dla lamp żarowych wynosi 1, dla lamp wyładowczych 0,6. Należy pamiętać, że w przewodach, zwłaszcza neutralnych, w przypadku stosowania lamp wyładowczych pojawiają się wyższe harmoniczne prądu.

Dopuszczalne są krótkotrwałe (kilkusekundowe) awaryjne przerwy w zasilaniu instalacji oświetleniowych. Długie przerwy (minutowe i godzinne) w żywieniu są niedopuszczalne w przypadku niektórych rodzajów produkcji. W takich przypadkach stosuje się zasilanie rezerwowe z drugiego źródła prądu (w niektórych przypadkach nawet z niezależnego źródła prądu stałego). W branżach, w których wyłączenie oświetlenia zagraża bezpieczeństwu ludzi, stosuje się specjalne systemy oświetlenia awaryjnego. W instalacjach oświetleniowych przedsiębiorstw przemysłowych stosuje się napięcia od 6 do 220 V.

Instalacje konwerterowe

Do zamiany prądu trójfazowego na prąd stały lub prądu trójfazowego o częstotliwości przemysłowej 50 Hz na prąd trójfazowy lub jednofazowy o zmniejszonym, zwiększonym lub Wysoka częstotliwość Na terenie przedsiębiorstwa przemysłowego budowane są przystanki konwertorowe.

W zależności od rodzaju przekładników prądowych przystanki przekształtnikowe dzielą się na:

) instalacje przetworników półprzewodnikowych;

) zespoły przekształtnikowe z prostownikami rtęciowymi;

) zespoły przekształtnikowe z generatorami silnikowymi,

) przetwornica zatrzymuje się z prostownikami mechanicznymi.

W zależności od przeznaczenia instalacje przetwornic będą składane w celu zasilania

) silniki szeregu maszyn i mechanizmów;

) kąpiele elektrolityczne;

) wewnątrzzakładowy transport elektryczny;

) elektrofiltry;

) Instalacje spawalnicze DC itp.

Instalacje konwertorowe do celów elektrolizy są szeroko stosowane w hutnictwie metali nieżelaznych do produkcji elektrolitycznego aluminium, ołowiu, miedzi itp. W takich instalacjach przemysłowy prąd o częstotliwości o napięciu 6-35 kV z reguły wykorzystuje prostowniki krzemowe przetwarzane na wymagane przez warunki technologiczne napięcie prądu stałego (do 825 V).

Przerwa w zasilaniu instalacji elektrolizy nie powoduje poważnych awarii z uszkodzeniem urządzeń głównych i może być tolerowana przez kilka minut, a w niektórych przypadkach nawet kilka godzin.Tutaj przerwa w dostawie prądu wiąże się głównie z brakiem produkcji . Jednak ze względu na odwrotną siłę emf. kąpieli elektrolitycznych, w niektórych przypadkach może nastąpić ruch uwolnionych metali z powrotem do roztworu kąpieli, a co za tym idzie, dodatkowe zużycie energii w celu ponownego uwolnienia tego samego metalu.Instalacje do elektrolizy muszą być zasilane energią elektryczną, podobnie jak odbiorniki 1. kategorii, ale dopuszcza krótkotrwałe przerwy w zasilaniu. Tryb pracy instalacji elektrolizy daje w miarę jednolitą i symetryczną krzywą obciążenia w fazach. Współczynnik mocy instalacji elektrolizy wynosi około 0,85-0,9. Cechą procesu elektrolizy jest konieczność utrzymania prąd stały wyprostowany i w związku z tym istnieje konieczność regulacji napięcia po stronie prądu przemiennego.

Instalacje przekształtnikowe dla wewnątrzprzemysłowego transportu elektrycznego (przeciąganie, podnoszenie, Różne rodzaje ruchomy ładunek itp.) mają stosunkowo małą moc (od setek do 2000-3000 kW). Współczynnik mocy takich instalacji waha się w granicach 0,7-0,8. Obciążenie po stronie prądu przemiennego jest symetryczne w fazie, jednak zmienia się gwałtownie pod wpływem szczytów prądu podczas pracy silników trakcyjnych.Przerwa w zasilaniu odbiorników tej grupy może prowadzić do uszkodzeń wyrobów, a nawet urządzeń (szczególnie w zakładach hutniczych). . Zaprzestanie prowadzenia działalności transportowej powoduje z reguły poważne komplikacje w funkcjonowaniu przedsiębiorstwa, dlatego też ta grupa odbiorców musi być zaopatrzona w energię elektryczną, podobnie jak odbiorniki I lub II kategorii, umożliwiając krótkotrwałą przerwę w dostawie prądu. z tych instalacji wytwarzana jest prądem przemiennym o częstotliwości przemysłowej i napięciu 0,4-35 kV.

Do oczyszczania gazów powszechnie stosowane są instalacje przekształtnikowe do zasilania elektrofiltrów (z prostownikami mechanicznymi) o mocy do 100-200 kW, zasilane prądem przemiennym o częstotliwości przemysłowej ze specjalnych transformatorów o napięciu 6-10 kV na uzwojeniu pierwotnym, i do 110 kV na uzwojeniu wtórnym Współczynnik mocy tych ustawień wynosi 0,7-0,8. Obciążenie po stronie wysokiego napięcia jest symetryczne i równomierne.Przerwy w dostawie prądu są dopuszczalne, czas ich trwania zależy od procesu produkcyjnego.W branżach takich jak zakłady chemiczne instalacje te można zaliczyć do odbiorników I i II kategorii.

Silniki elektryczne mechanizmów produkcyjnych

Ten typ odbiornika można znaleźć we wszystkich przedsiębiorstw przemysłowych Do napędu elektrycznego nowoczesnych obrabiarek stosowane są wszelkiego rodzaju silniki. Moc silników jest niezwykle zróżnicowana i waha się od ułamków do setek kilowatów i więcej.W maszynach, w których wymagane są duże prędkości obrotowe i ich regulacja, stosuje się silniki prądu stałego, zasilane przez zespoły prostownikowe. Napięcie sieciowe 660-380/220 V o częstotliwości 50 Hz Współczynnik mocy jest bardzo zróżnicowany w zależności od procesu technologicznego. Pod względem niezawodności zasilania ta grupa odbiorników należy zwykle do kategorii 2. Jednak maszyn jest sporo. gdzie przerwa w zasilaniu jest niedopuszczalna ze względu na warunki bezpieczeństwa (możliwe obrażenia personelu obsługującego) oraz ze względu na możliwe uszkodzenie produktów, szczególnie podczas obróbki dużych, kosztownych części.

Piece elektryczne i instalacje elektrotermiczne

Ze względu na sposób przetwarzania energii elektrycznej na ciepło można ją podzielić na:

) piece oporowe;

) piece i instalacje indukcyjne;

) elektryczne piece łukowe;

) piekarniki z ogrzewaniem mieszanym.

Piece oporowe ze względu na sposób ogrzewania dzielą się na piece o działaniu pośrednim i piece o działaniu bezpośrednim. Ogrzewanie materiału w piecach pośrednich następuje w wyniku ciepła wytwarzanego przez elementy grzejne, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny. Piece do ogrzewania pośredniego to instalacje o napięciu do 1000 V, zasilane w większości przypadków z sieci 380 V i częstotliwości przemysłowej 50 Hz. Piece produkowane są w wersji jedno i trójfazowej od jednostek do kilku tysięcy kilowatów. W większości przypadków współczynnik mocy wynosi 1.

W piecach bezpośredniego działania ogrzewanie odbywa się za pomocą ciepła uwalnianego w podgrzewanym produkcie, gdy przepływa przez niego prąd elektryczny. Piece wykonujemy w wersji jedno i trójfazowej o mocy do 3000 kW; zasilanie odbywa się prądem o częstotliwości przemysłowej 50 Hz z sieci 380/220 V lub poprzez transformatory obniżające z sieci wyższego napięcia. Współczynnik mocy mieści się w przedziale od 0,7 do 0,9 Większość pieców oporowych pod względem nieprzerwanego zasilania należy do kategorii 2 odbiorników energii elektrycznej.

Piece i instalacje do nagrzewania indukcyjnego i dielektrycznego dzielą się na piece do topienia oraz instalacje do hartowania i poprzez nagrzewanie dielektryków

Topienie metalu w piecach inercyjnych odbywa się za pomocą ciepła wytwarzanego w nim podczas przepływu prądu indukcyjnego.

Piece do topienia produkowane są z rdzeniem stalowym i bez niego. Piece rdzeniowe służą do topienia metali nieżelaznych i ich stopów. Piece zasilane są prądem o częstotliwości przemysłowej 50 Hz o napięciu 380 V i wyższym, w zależności od mocy. Piece rdzeniowe dostępne są w wersji jedno, dwu i trójfazowej o mocach do 2000 kVA. Współczynnik mocy waha się w granicach 0,2-0,8 (piece do wytapiania aluminium mają cos(?) = 0,2 - 0,4, do wytapiania miedzi 0,6-0,8). Piece bezrdzeniowe służą do wytapiania stali wysokiej jakości oraz rzadziej metali nieżelaznych. Piece przemysłowe bez rdzenia mogą być zasilane prądem o częstotliwości przemysłowej 50 Hz z sieci o napięciu 380 V i wyższym oraz prądem wysokiej częstotliwości 500-10 000 Hz z przekształtników tyrystorowych lub maszyn elektrycznych. Silniki napędowe przekształtników zasilane są prądem o częstotliwości przemysłowej.

Piece produkowane są o mocy do 4500 kVA, ich współczynnik mocy jest bardzo niski: od 0,05 do 0,25. Wszystkie piece do topienia należą do kategorii 2 odbiorców energii elektrycznej. Instalacje do hartowania i nagrzewania w zależności od przeznaczenia zasilane są częstotliwościami od 50 Hz do setek kiloherców.

Zasilanie jednostek wysokiej i wysokiej częstotliwości realizowane jest odpowiednio z tyrystorowych lub indukcyjnych przekształtników maszynowych oraz generatorów lampowych. Instalacje te należą do kategorii 2 odbiorców energii elektrycznej.

W instalacjach do ogrzewania dielektryków nagrzany materiał umieszcza się w polu elektrycznym kondensatora i następuje nagrzewanie pod wpływem prądów przemieszczenia. Ta grupa instalacji ma szerokie zastosowanie do klejenia i suszenia drewna, podgrzewania proszków do prasy, lutowania i spawania tworzyw sztucznych, sterylizacji produktów itp. Zasilanie odbywa się prądem o częstotliwości 20-40 MHz i wyższej. Instalacje do ogrzewania dielektryków, pod względem zapewnienia ciągłości zasilania, zaliczają się do kategorii 2 odbiorców energii elektrycznej.

Ze względu na metodę ogrzewania elektryczne piece łukowe dzielą się na piece bezpośrednie i pośrednie. W piecach bezpośredniego działania nagrzewanie i topienie metalu odbywa się za pomocą ciepła wytwarzanego przez łuk elektryczny płonący pomiędzy elektrodą a roztopionym metalem. Piece łukowe bezpośrednie dzielą się na kilka typów, z których typowe to hutnictwo i próżnia.

Piece do wytapiania stali zasilane są prądem przemysłowym o częstotliwości 6-110 V poprzez transformatory obniżające. Piece produkowane są w wersji trójfazowej o mocy do 45 000 kVA na jednostkę. Współczynnik mocy 0,85-0,9. Podczas eksploatacji, w okresie topienia wsadu w łukowych piecach do wytapiania stali, często występują zwarcia eksploatacyjne (SC).Prąd zwarciowy eksploatacyjny. przekracza wartość nominalną 2,5-3,5 razy. Zwarcia powodują spadek napięcia na szynach podstacji, co negatywnie wpływa na pracę pozostałych odbiorników energii elektrycznej. W związku z tym dopuszczalne jest wspólne działanie pieców łukowych i innych odbiorców ze wspólnej podstacji, jeżeli przy zasilaniu z potężnego systemu elektroenergetycznego łączna moc pieców nie przekracza 40% mocy podstacji obniżającej, a przy zasilaniu z systemu o małej mocy 15-20%

Próżniowe piece łukowe produkowane są o mocy do 2000 kW. Zasilanie dostarczane jest prądem stałym o napięciu 30-40 V. Jako źródła energii elektrycznej wykorzystywane są przetwornice maszyn elektrycznych i prostowniki półprzewodnikowe podłączone do sieci prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz.

Ogrzewanie metalu w piecach pośrednich odbywa się za pomocą ciepła wytwarzanego przez łuk elektryczny płonący pomiędzy nimi elektrody węglowe Do wytapiania miedzi i jej stopów stosuje się piece łukowe z ogrzewaniem pośrednim. Moc pieców jest stosunkowo niewielka (do 500 kVA); Zasilanie dostarczane jest prądem przemysłowym o częstotliwości 50 Hz ze specjalnych transformatorów piecowych. Piece te pod względem zapewnienia ciągłości zasilania należą do kategorii 1 odbiorników energii elektrycznej, pozwalających na krótkotrwałe przerwy w dostawie prądu.

Piece elektryczne z ogrzewaniem mieszanym można podzielić na piece rudo-termiczne i piece do przetapiania elektrożużla.

W piecach rudo-termicznych materiał jest podgrzewany przez ciepło, które jest uwalniane, gdy prąd elektryczny przepływa przez wsad i pali się łuk. Piece wykorzystywane są do produkcji żelazostopów, korundu, wytapiania żeliwa, ołowiu, sublimacji fosforu, wytopu miedzi i kamienia miedziowo-niklowego. Zasilanie jest dostarczane przez prąd o częstotliwości przemysłowej poprzez transformatory obniżające. Moc niektórych pieców jest bardzo duża, do 100 MVA (piec do sublimacji fosforu żółtego). Współczynnik mocy 0,85-0,92. Piece do procesów rudno-termicznych pod względem zapewnienia ciągłości zasilania należą do kategorii 2 odbiorców energii elektrycznej.

W piecach do przetapiania elektrożużla ogrzewanie odbywa się w wyniku ciepła uwalnianego w żużlu, gdy przepływa przez niego prąd. Żużel topi się pod wpływem ciepła łuku elektrycznego. Przetapianie elektrożużlowe służy do produkcji wysokiej jakości stali i stopów specjalnych. Piece zasilane są prądem o częstotliwości przemysłowej 50 Hz poprzez transformatory obniżające, zwykle z sieci 6-10 kV o napięciu wtórnym 45-60 V. Piece są z reguły jednofazowe, ale mogą też być trójfazowy. Współczynnik mocy 0,85-0,95. Piece do przetapiania elektrożużlowego pod względem niezawodności zasilania zaliczają się do kategorii 1 odbiorców energii elektrycznej.

Zaopatrując w energię warsztaty posiadające elektryczne piece próżniowe wszelkiego typu należy liczyć się z tym, że przerwy w zasilaniu pomp próżniowych prowadzą do wypadków i uszkodzeń drogich produktów. Piece te należy zaliczyć do odbiorników energii elektrycznej kategorii 1.

Elektryczne instalacje spawalnicze

Podział odbiorników na instalacje zasilane prądem przemiennym i stałym. Technologicznie spawanie dzieli się na spawanie łukowe i kontaktowe, a ze względu na sposób wykonywania pracy na ręczne i automatyczne.

Elektryczne urządzenia spawalnicze prądu stałego składają się z silnika prądu przemiennego i generatora spawalniczego prądu stałego. W takim systemie obciążenie spawalnicze rozkłada się równomiernie na trzy fazy sieci prądu przemiennego, ale jego harmonogram pozostaje zmienny. Współczynnik mocy takich instalacji w nominalnych warunkach pracy wynosi 0,7-0,8; na biegu jałowym współczynnik mocy spada do 0,4. Wśród urządzeń spawalniczych DC znajdują się również urządzenia prostownicze.

Elektryczne spawarki prądu przemiennego pracują z przemysłową częstotliwością prądu przemiennego 50 Hz i reprezentują obciążenie jednofazowe w postaci transformatorów spawalniczych do zgrzewarek łukowych i zgrzewarek oporowych. Spawanie prądem przemiennym wytwarza obciążenie jednofazowe z pracą przerywaną, nierównomiernym obciążeniem faz i z reguły niskim współczynnikiem mocy (0,3-0,35 dla łuku i 0,4-0,7 dla spawania kontaktowego). Instalacje spawalnicze zasilane są z sieci o napięciu 380-220 V. Transformatory spawalnicze na budowach i instalacjach charakteryzują się częstymi ruchami w sieci zasilającej. Okoliczność tę należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu sieci zasilającej. Z punktu widzenia niezawodności zasilania instalacje spawalnicze należą do kategorii 2 odbiorców energii elektrycznej.

Wniosek

Postępy w automatyzacji umożliwiły stworzenie projektu zakładu metalurgicznego o działaniu ciągłym, w którym różnorodne procesy zostaną połączone w jeden system przepływowy. Okazuje się, że wielki piec nadal zajmuje centralne miejsce w całym procesie. Czy da się obejść bez domeny?

Problem produkcji wielkopiecowej, czyli, jak to się nazywa, bezpośredniej produkcji żelaza, jest rozwiązywany od wielu dziesięcioleci. W tym kierunku poczyniono znaczne postępy. Istnieją podstawy, aby sądzić, że w latach 70. zostaną uruchomione dość duże zakłady bezpośredniej redukcji żelaza o dziennej wydajności 500 ton, ale nawet wtedy produkcja wielkopiecowa utrzyma swoją pozycję przez wiele dziesięcioleci.

Proces bez domeny można sobie wyobrazić na przykład w ten sposób. W obrotowych piecach rurowych ruda żelaza przekształcana jest w żelazo. Za pomocą magnesów ziarna żelaza oddzielane są od reszty masy – a czysty produkt jest gotowy do dalszej obróbki. Gotowe produkty mogą być stemplowane z proszku żelaza. Można z niego wytwarzać stal różnych gatunków po dodaniu niezbędnych dodatków (pierwiastków stopowych).

Wraz z uruchomieniem gigantycznych elektrowni radziecka hutnictwo otrzyma dużo taniej energii elektrycznej. Stworzy to korzystne warunki dla rozwoju produkcji elektrometalurgicznej i jeszcze szerszego wykorzystania energii elektrycznej na wszystkich kolejnych etapach obróbki stopów żelaza.

Sukcesy fizyki atomowej zrodziły pomysł tzw. metalurgii radiacyjnej. Akademik I.P. Bardin (1883-1960) wyraził śmiały, niemal fantastyczny pomysł na przyszły rozwój metalurgii. „Myślę” – powiedział – „że na początku ludzie zaczną „konstruować” stale stopowe o wymaganym składzie przy użyciu oddziaływania radioaktywnego, nie wprowadzając do nich rzadkich i drogich dodatków stopowych, ale tworząc je bezpośrednio w kadzi roztopionej stali. Z atomów żelaza, być może siarki i fosforu, pod wpływem strumienia promieni w roztopionym metalu nastąpią ukierunkowane przemiany jądrowe.

Przyszłe pokolenia badaczy będą musiały pracować nad rozwiązaniem tego i innych fascynujących problemów. Metalurgia żelaza czeka na nowych odkrywców.

Naszym zdaniem w tym eseju osiągnęliśmy nasz cel i zbadaliśmy przesyłanie energii elektrycznej na odległość oraz jej wykorzystanie jako niezbędnego elementu w procesie elektrycznego wytwarzania stali. A także, wydaje nam się, że wykonaliśmy wszystkie postawione przed nami zadania, a mianowicie: przestudiowaliśmy dodatkową literaturę, która pomogła nam w pisaniu tej pracy; zapoznał się z nowymi typami generatorów i transformatorów; rozważał ścieżkę prądu elektrycznego od jego odbioru do dostawy do konsumenta; i na koniec zbadaliśmy procesy fizyczne i mechaniczne zachodzące w elektrycznym piecu stalowym.

Bibliografia

1. Babich V.K., Lukashkin N.D., Morozov A.S. i in./Podstawy produkcji metalurgicznej (metalurgia żelaza). Podręcznik dla średnich szkół zawodowych - M.: Metalurgia, 1988. 272 ​​s.

Barg I. G., Valk H. Ya., Komarov D. T.; wyd. Barga I.G./Poprawa utrzymania sieci elektroenergetycznych 0,4-20 kV w rejonie Seldska - M.: Energia, 1980. - 240 s., il.

Bornatsky I. I., Blashchuk N. M., Yargin S. A., Strok V. I./Asystent hutnika szerokoprofilowego: Podręcznik dla średnich szkół zawodowych - M.: Metallurgia, 1986. 456 s.

Zubkov B.V., Chumakov S.V./Słownik encyklopedyczny młody technik- M.: Pedagogika, 1980. - 512 s., il.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B./Fizyka: Podręcznik. dla 10 klasy średnio szkoła - M.: Edukacja, 1990. - 223 s.: il.

Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B./Fizyka: Podręcznik. dla 10 klasy średnio szkoła - wyd. 9, poprawione. - M.: Edukacja, 1987. - 319 s., 4 s. chory: chory.

Chigrai I. D. Pomocnik hutnika stali konwertorowej. M.: Metalurgia, 1977. 304 s.

Nie jest tajemnicą, że prąd dociera do naszego domu z elektrowni, które są głównym źródłem energii elektrycznej. Jednak między nami (konsumentami) a stacją mogą znajdować się setki kilometrów i na całej tej dużej odległości prąd musi być w jakiś sposób przesyłany z maksymalną wydajnością. W tym artykule przyjrzymy się, w jaki sposób energia elektryczna jest przesyłana na odległość do odbiorców.

Trasa transportu energii elektrycznej

Zatem, jak już powiedzieliśmy, punktem wyjścia jest elektrownia, która tak naprawdę wytwarza prąd. Obecnie głównymi typami elektrowni są elektrownie wodne (elektrownie wodne), elektrownie cieplne (elektrownie cieplne) i elektrownie jądrowe (elektrownie jądrowe). Ponadto istnieje energia słoneczna, wiatrowa i geotermalna. stacje.

Następnie energia elektryczna jest przesyłana ze źródła do odbiorców, którzy mogą znajdować się na dużych odległościach. Aby przesłać energię elektryczną, należy zwiększyć napięcie za pomocą transformatorów podwyższających (napięcie można zwiększyć do 1150 kV, w zależności od odległości).

Dlaczego prąd jest przesyłany, kiedy zwiększone napięcie? Wszystko jest bardzo proste. Przypomnijmy sobie wzór na moc elektryczną - P=UI, to jeśli przekazujesz energię odbiorcy, to im wyższe napięcie w linii energetycznej, tym mniejszy prąd w przewodach, przy tym samym poborze mocy. Dzięki temu możliwe jest budowanie linii elektroenergetycznych o wysokim napięciu, zmniejszając przekrój przewodów w porównaniu do linii elektroenergetycznych o niższym napięciu. Oznacza to, że koszty budowy zostaną obniżone – im cieńsze przewody, tym są tańsze.

W związku z tym energia elektryczna jest przesyłana ze stacji do transformatora podwyższającego napięcie (jeśli to konieczne), a następnie za pomocą linii energetycznych energia elektryczna jest przesyłana do centralnych podstacji dystrybucyjnych (centralnych podstacji dystrybucyjnych). Te z kolei zlokalizowane są w miastach lub w ich pobliżu. W centralnym punkcie dystrybucyjnym napięcie zostaje obniżone do 220 lub 110 kV, skąd energia elektryczna przesyłana jest do podstacji.

Następnie następuje ponowne obniżenie napięcia (do 6-10 kV) i rozdzielenie energii elektrycznej pomiędzy punkty transformatorowe, zwane także podstacjami transformatorowymi. Energię elektryczną można przesyłać do punktów transformatorowych nie liniami energetycznymi, ale podziemną linią kablową, ponieważ w środowiskach miejskich będzie to bardziej odpowiednie. Faktem jest, że koszt pasów drogowych w miastach jest dość wysoki i bardziej opłaca się wykopać rów i ułożyć w nim kabel, niż zajmować miejsce na powierzchni.

Energia elektryczna jest przesyłana z punktów transformatorowych do budynki wielokondygnacyjne, budynki sektora prywatnego, spółdzielnie garażowe itp. Zwracamy uwagę, że w stacji transformatorowej napięcie zostało ponownie obniżone do zwykłego 0,4 kV (sieć 380 V).

Jeśli pokrótce rozważymy trasę przesyłania energii elektrycznej ze źródła do odbiorców, wygląda to następująco: elektrownia (na przykład 10 kV) - podstacja transformatorowa podwyższająca (od 110 do 1150 kV) - linie energetyczne - transformator obniżający napięcie podstacja – podstacja transformatorowa (10-0,4 kV) – budynki mieszkalne.

W ten sposób prąd przesyłany jest przewodami do naszego domu. Jak widać schemat przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej do odbiorców nie jest zbyt skomplikowany, wszystko zależy od odległości.

Na poniższym obrazku wyraźnie widać, jak energia elektryczna dociera do miast i dociera do sektora mieszkaniowego:

Eksperci mówią o tym problemie bardziej szczegółowo:

Jak energia elektryczna przemieszcza się od źródła do konsumenta

Co jeszcze warto wiedzieć?

Chciałbym także powiedzieć kilka słów o punktach, które krzyżują się z tą problematyką. Po pierwsze, od dłuższego czasu prowadzone są badania nad bezprzewodowym przesyłaniem energii elektrycznej. Pomysłów jest wiele, ale obecnie najbardziej obiecującym rozwiązaniem jest zastosowanie technologii bezprzewodowej Technologia Wi-Fi. Naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego odkryli, że ta metoda jest całkiem wykonalna i zaczęli bardziej szczegółowo badać tę kwestię.

Po drugie, obecnie linie energetyczne prądu przemiennego przesyłają prąd przemienny, a nie prąd stały. Wynika to z faktu, że urządzenia przetwarzające, które najpierw prostują prąd na wejściu, a następnie ponownie go zmieniają na wyjściu, mają dość wysoki koszt, co jest nieekonomiczne. Jednak przepustowość linii prądu stałego jest wciąż 2-krotnie większa, co również skłania do zastanowienia się, jak bardziej opłacalnie ją wdrożyć.

Przyjrzeliśmy się więc schematowi przesyłania energii elektrycznej ze źródła do domu. Mamy nadzieję, że rozumiesz, w jaki sposób energia elektryczna jest przesyłana na odległość do odbiorców i dlaczego wykorzystuje się do tego wysokie napięcie.

Energia elektryczna nie jest zasobem magazynującym. Obecnie nie ma efektywnych technologii pozwalających na akumulację energii wytworzonej przez generatory, dlatego przesył energii elektrycznej do odbiorców jest zadaniem pilnym. Na koszt zasobu składają się koszty jego wytworzenia, straty w transporcie oraz koszty instalacji i utrzymania linii energetycznych. Jednocześnie wydajność systemu zasilania zależy bezpośrednio od schematu przesyłu.

Wysokie napięcie sposobem na ograniczenie strat

Pomimo tego, że w sieci wewnętrzne Większość odbiorców ma z reguły napięcie 220/380 V, prąd jest do nich przesyłany za pośrednictwem sieci wysokiego napięcia i redukowany w podstacjach transformatorowych. Istnieją dobre powody dla takiego schematu działania; faktem jest, że największa część strat powstaje w wyniku nagrzewania się drutów.

Stratę mocy opisuje następujący wzór: Q = I 2 * R l,

gdzie I to siła prądu przechodząca przez linię, R L to jej opór.

Na podstawie powyższego wzoru można stwierdzić, że koszty można obniżyć zmniejszając rezystancję w liniach elektroenergetycznych lub obniżając prąd. W pierwszym przypadku konieczne będzie zwiększenie przekroju drutu, co jest niedopuszczalne, ponieważ doprowadzi do znacznego wzrostu kosztów linii elektroenergetycznych. Wybierając drugą opcję, będziesz musiał zwiększyć napięcie, to znaczy wprowadzenie linii wysokiego napięcia prowadzi do zmniejszenia strat mocy.

Klasyfikacja linii elektroenergetycznych

W branży energetycznej zwyczajowo dzieli się linie energetyczne na typy w zależności od następujących wskaźników:

1. Cechy konstrukcyjne linii przesyłających energię elektryczną. W zależności od projektu mogą być dwojakiego rodzaju:

1. Napięcie. W zależności od wartości napięcia linie elektroenergetyczne dzieli się zazwyczaj na następujące typy:

1. Podział według rodzaju prądu przy przesyłaniu energii elektrycznej, może być zmienna lub stała. Pierwsza opcja jest bardziej powszechna, ponieważ elektrownie są zwykle wyposażone w generatory prądu przemiennego. Aby jednak zmniejszyć straty energii obciążenia, szczególnie na długich dystansach transmisji, druga opcja jest bardziej skuteczna. Poniżej zostanie opisany sposób organizacji systemów przesyłu energii elektrycznej w obu przypadkach oraz zalety każdego z nich.
2. Klasyfikacja w zależności od przeznaczenia. W tym celu przyjmuje się następujące kategorie:

• Linie od 500,0 kV na bardzo duże odległości. Linie napowietrzne tego typu łączą poszczególne systemy energetyczne.
• Linie przesyłowe magistralne (220,0-330,0 kV). Za pomocą takich linii przesyłany jest prąd wytwarzany w potężnych elektrowniach wodnych, elektrowniach cieplnych i jądrowych, a także ich integracja w jeden system energetyczny.
• Linie elektroenergetyczne 35-150 kV są liniami dystrybucyjnymi. Służą do dostarczania energii elektrycznej do dużych zakładów przemysłowych, łączenia regionalnych punktów dystrybucji itp.
• Linie elektroenergetyczne o napięciu do 20,0 kV służą do przyłączania grup odbiorców do sieci elektrycznej.

Metody przesyłania energii elektrycznej

Istnieją dwa sposoby przesyłania energii elektrycznej:

• Metoda transmisji bezpośredniej.
• Przekształcanie energii elektrycznej w inną formę energii.

W pierwszym przypadku prąd przesyłany jest za pomocą przewodników, którymi są drut lub ośrodek przewodzący. Ten sposób transmisji stosowany jest w napowietrznych i kablowych liniach elektroenergetycznych. Przekształcenie energii elektrycznej w inną formę energii otwiera perspektywę bezprzewodowych dostaw dla konsumentów. Wyeliminuje to potrzebę stosowania linii energetycznych, a co za tym idzie, koszty związane z ich instalacją i konserwacją. Poniżej znajdują się obiecujące technologie bezprzewodowe, które są udoskonalane.

Niestety, w chwili obecnej możliwości bezprzewodowego przesyłania energii elektrycznej są bardzo ograniczone, dlatego jest zbyt wcześnie, aby mówić o skutecznej alternatywie dla metody bezpośredniego przesyłu. Prace badawcze w tym kierunku możemy mieć nadzieję, że w najbliższej przyszłości zostanie znalezione rozwiązanie.

Schemat przesyłu energii elektrycznej z elektrowni do odbiorcy

Poniższy rysunek przedstawia typowe schematy, z których pierwsze dwa to pętla otwarta, pozostałe to pętla zamknięta. Różnica między nimi polega na tym, że konfiguracje z otwartą pętlą nie są redundantne, to znaczy nie mają linii zapasowych, które można wykorzystać w przypadku krytycznego wzrostu obciążenia elektrycznego.

Oznaczenia:

1. Schemat promieniowy, na jednym końcu linii znajduje się elektrownia produkująca energię, na drugim odbiornik lub urządzenie dystrybucyjne.
2. Główną wersją obwodu promieniowego, różniącą się od poprzedniej wersji jest obecność odgałęzień między początkowym i końcowym punktem transmisji.
3. Obwód główny z zasilaczem na obu końcach linii energetycznej.
4. Konfiguracja typu pierścienia.
5. Trasa z linią zapasową (podwójna).
6. Złożona opcja konfiguracji. Podobne schematy stosuje się przy podłączaniu krytycznych odbiorców.

Przyjrzyjmy się teraz bardziej szczegółowo obwodowi promieniowemu do przesyłania wytworzonej energii elektrycznej za pośrednictwem linii elektroenergetycznych prądu przemiennego i stałego.

Oznaczenia:

1. Generator, w którym wytwarzany jest prąd o charakterystyce sinusoidalnej.
2. Podstacja z transformatorem trójfazowym podwyższającym.
3. Podstacja z transformatorem obniżającym napięcie trójfazowego prądu przemiennego.
4. Gniazdo do przesyłania energii elektrycznej do urządzenia dystrybucyjnego.
5. Prostownik, czyli urządzenie przetwarzające trójfazowy prąd przemienny na prąd stały.
6. Jednostka inwertorowa, której zadaniem jest wytworzenie napięcia sinusoidalnego z napięcia stałego.

Jak widać na schemacie (A), energia elektryczna doprowadzana jest ze źródła energii do transformatora podwyższającego napięcie, następnie za pomocą napowietrznych linii elektroenergetycznych transport energii elektrycznej na znaczne odległości. W punkcie końcowym linia jest podłączona do transformatora obniżającego, a stamtąd idzie do dystrybutora.

Sposób przesyłania energii elektrycznej w postaci prądu stałego (B na ryc. 6) różni się od poprzedniego schematu obecnością dwóch bloków przekształtnikowych (5 i 6).

Zamykając temat tego rozdziału, dla przejrzystości przedstawiamy uproszczoną wersję schematu sieci miejskiej.

Oznaczenia:

1. Elektrownia, w której wytwarzana jest energia elektryczna.
2. Podstacja podwyższająca napięcie w celu zapewnienia wysokiej sprawności przesyłu energii elektrycznej na duże odległości.
3. Linie elektroenergetyczne wysokiego napięcia (35,0-750,0 kV).
4. Podstacja z funkcjami obniżającymi napięcie (wyjście 6,0-10,0 kV).
5. Punkt dystrybucji energii elektrycznej.
6. Linie kabli zasilających.
7. Podstacja Centralna przy ul obiekt przemysłowy, służy do obniżenia napięcia do 0,40 kV.
8. Promieniowe lub magistralne linie kablowe.
9. Panel wprowadzający w sali warsztatowej.
10. Okręgowa podstacja dystrybucyjna.
11. Kabel promieniowy lub linia magistralna.
12. Podstacja obniżająca napięcie do 0,40 kV.
13. Panel wejściowy budynku mieszkalnego do podłączenia wewnętrznej sieci elektrycznej.

Przesyłanie energii elektrycznej na duże odległości

Głównym problemem związanym z tym zadaniem jest wzrost strat wraz ze wzrostem długości linii elektroenergetycznych. Jak wspomniano powyżej, aby zmniejszyć koszty energii związanej z przesyłaniem energii elektrycznej, prąd zmniejsza się poprzez zwiększenie napięcia. Niestety rozwiązanie to rodzi nowe problemy, a jednym z nich są wyładowania koronowe.

Z ekonomicznego punktu widzenia straty w liniach napowietrznych nie powinny przekraczać 10%. Poniżej tabela pokazująca maksymalną długość linii spełniającą warunki rentowności.

Tabela 1. Maksymalna długość linii elektroenergetycznych z uwzględnieniem rentowności (straty nie większe niż 10%)

* – w chwili obecnej linia napowietrzna ultrawysokiego napięcia została przestawiona na pracę przy napięciu o połowę mniejszym niż 500,0 kV.

Prąd stały jako alternatywa

Jako alternatywę dla przesyłu prądu przemiennego na duże odległości można rozważyć linie napowietrzne stałonapięciowe. Takie linie energetyczne mają następujące zalety:

• Długość linii napowietrznej nie ma wpływu na moc, natomiast jej maksymalna wartość jest znacznie większa niż w przypadku linii elektroenergetycznych o napięciu przemiennym. Oznacza to, że jeśli zużycie energii elektrycznej wzrośnie (do pewnego limitu), można obejść się bez modernizacji.
• Stabilność statyczną można zignorować.
• Nie ma potrzeby synchronizowania częstotliwości podłączonych systemów elektroenergetycznych.
• Istnieje możliwość zorganizowania przesyłu energii elektrycznej linią dwuprzewodową lub jednoprzewodową, co znacznie upraszcza konstrukcję.
• Mniejszy wpływ fale elektromagnetyczne do komunikacji.
• Praktycznie nie ma wytwarzania mocy biernej.

Pomimo wymienionych możliwości linii elektroenergetycznych prądu stałego, linie takie nie są powszechne. Wynika to przede wszystkim z wysokiego kosztu sprzętu potrzebnego do konwersji napięcia sinusoidalnego na napięcie stałe. Generatory prądu stałego praktycznie nie są stosowane, z wyjątkiem elektrowni słonecznych.

W przypadku inwersji (procesu całkowicie odwrotnego do rektyfikacji) wszystko również nie jest proste, konieczne jest uzyskanie wysokiej jakości charakterystyki sinusoidalnej, co znacznie zwiększa koszt sprzętu. Dodatkowo należy liczyć się z problemami z organizacją odbioru mocy oraz niską opłacalnością przy długości linii napowietrznych mniejszych niż 1000-1500 km.

Krótko o nadprzewodnictwie.

Opór drutów można znacznie zmniejszyć, schładzając je do bardzo niskich temperatur. Pozwoliłoby to na wyniesienie efektywności przesyłu energii elektrycznej na jakościowo nowy poziom oraz zwiększenie długości linii umożliwiających wykorzystanie energii elektrycznej w dużej odległości od miejsca jej wytworzenia. Niestety, obecnie dostępne technologie nie pozwalają na wykorzystanie nadprzewodnictwa do tych celów ze względu na nieekonomiczną wykonalność.

Rozważmy pokrótce system zasilania, czyli zespół urządzeń elektrycznych służących do przesyłania, przetwarzania, dystrybucji i zużycia energii elektrycznej. Rozdział poszerzy horyzonty tych, którzy chcą dowiedzieć się, jak prawidłowo korzystać z domowej sieci elektrycznej.

Zasilanie energią elektryczną realizowane według standardowych schematów. Na przykład na ryc. Rysunek 1.4 pokazuje promieniowy jednoliniowy schemat zasilania do przesyłania energii elektrycznej z podstacji obniżającej elektrowni do odbiorcy energii elektrycznej o napięciu 380 V.

Z elektrowni energia elektryczna o napięciu 110–750 kV przesyłana jest liniami elektroenergetycznymi (PTL) do głównych lub regionalnych podstacji obniżających napięcie, gdzie napięcie jest obniżane do 6–35 kV. Z urządzeń dystrybucyjnych napięcie to przekazywane jest liniami napowietrznymi lub kablowymi do podstacji transformatorowych zlokalizowanych w pobliżu odbiorców energii elektrycznej. W podstacji napięcie zostaje obniżone do 380 V, a prąd dostarczany jest bezpośrednio do odbiorcy w domu liniami napowietrznymi lub kablowymi. W tym przypadku linie mają czwarty (neutralny) przewód 0, co umożliwia uzyskanie napięcia fazowego 220 V, a także zapewnia ochronę instalacji elektrycznych.
Schemat ten umożliwia przesyłanie energii elektrycznej do konsumenta przy minimalnych stratach. Dlatego w drodze z elektrowni do odbiorców energia elektryczna jest przekształcana z jednego napięcia na drugie. Uproszczony przykład transformacji małego odcinka systemu elektroenergetycznego pokazano na rys. 1,5. Dlaczego stosuje się wysokie napięcie? Obliczenia są skomplikowane, ale odpowiedź jest prosta. Aby zmniejszyć straty ciepła przewodów podczas transmisji na duże odległości.

Straty zależą od wielkości przepływającego prądu i średnicy przewodnika, a nie od przyłożonego napięcia.

Na przykład:
Załóżmy, że z elektrowni do oddalonego o 100 km miasta trzeba przesłać jedną linią moc 30 MW. Ponieważ przewody linii mają opór elektryczny, prąd je nagrzewa. Ciepło to jest rozpraszane i nie można go wykorzystać. Energia zużyta na ogrzewanie stanowi stratę.

Nie da się zredukować strat do zera. Trzeba je jednak ograniczyć. Dlatego dopuszczalne straty są znormalizowane, tj. przy obliczaniu przewodów linii i doborze jej napięcia przyjmuje się, że straty nie przekraczają np. 10% użyteczna moc przesyłane linią. W naszym przykładzie jest to 0,1-30 MW = 3 MW.

Na przykład:
Jeżeli nie stosujemy transformacji, czyli przesyłania prądu o napięciu 220 V, to w celu ograniczenia strat do ustalić wartość przekrój przewodów musiałby zostać zwiększony do około 10 m2. Średnica takiego „drutu” przekracza 3 m, a masa na przęsło sięga setek ton.
Stosując transformację, czyli zwiększając napięcie w linii, a następnie zmniejszając je w pobliżu lokalizacji odbiorców, wykorzystują inny sposób ograniczenia strat: zmniejszają prąd w linii. Ta metoda jest bardzo skuteczna, ponieważ straty są proporcjonalne do kwadratu prądu. Rzeczywiście, gdy napięcie zostanie podwojone, prąd zmniejszy się o połowę, a straty zmniejszą się czterokrotnie. Jeśli napięcie wzrośnie 100 razy, straty zmniejszą się o 100 do drugiej potęgi, czyli 10 000 razy.

Na przykład:
Aby zilustrować skuteczność zwiększania napięcia, zwrócę uwagę, że trójfazowa linia elektroenergetyczna prądu przemiennego o napięciu 500 kV przesyła 1000 MW na 1000 km.

Linie energetyczne

Sieci elektroenergetyczne przeznaczone są do przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej. Składają się z zestawu podstacji i linii o różnych napięciach. W elektrowniach budowane są podstacje transformatorowe podwyższające, a energia elektryczna przesyłana jest na duże odległości liniami wysokiego napięcia. Podstacje transformatorowe obniżające napięcie budowane są w miejscach zużycia.

Podstawą sieci elektrycznej są zwykle podziemne lub napowietrzne linie elektroenergetyczne wysokiego napięcia. Linie biegnące od podstacji transformatorowej do urządzeń dystrybucji wejściowej i od nich do punktów dystrybucji energii i do paneli grupowych nazywane są siecią zasilającą. Sieć energetyczna składa się z reguły z podziemnych linii kablowych niskiego napięcia.

Zgodnie z zasadą budowy sieci dzielą się na otwarte i zamknięte. Sieć otwarta obejmuje linie prowadzące do odbiorników elektrycznych lub ich grup i odbierające energię z jednej strony. Sieć otwarta ma pewne wady, a mianowicie to, że w razie wypadku w dowolnym miejscu sieci następuje przerwa w dostawie prądu do wszystkich odbiorców poza sekcją awaryjną.

Sieć zamknięta może mieć jedno, dwa lub więcej źródeł zasilania. Pomimo wielu zalet sieci zamknięte nie stały się jeszcze powszechne. W zależności od miejsca ułożenia sieci wyróżnia się zewnętrzną i wewnętrzną.

Metody budowy linii elektroenergetycznych

Każde napięcie ma swoją własną, specyficzną metodę okablowania. Dzieje się tak dlatego, że im wyższe napięcie, tym trudniej jest zaizolować przewody. Na przykład w mieszkaniach, w których napięcie wynosi 220 V, okablowanie odbywa się za pomocą przewodów izolowanych gumą lub tworzywem sztucznym. Przewody te są proste w konstrukcji i tanie.

Kabel podziemny zaprojektowany na kilka kilowoltów i ułożony pod ziemią pomiędzy transformatorami jest nieporównywalnie bardziej skomplikowany. Oprócz zwiększonych wymagań izolacyjnych musi mieć również zwiększoną wytrzymałość mechaniczną i odporność na korozję.

Do bezpośredniego zasilania odbiorców stosuje się:

♦ napowietrzne lub kablowe linie elektroenergetyczne o napięciu 6 (10) kV do zasilania podstacji i odbiorców wysokiego napięcia;
♦ kablowe linie energetyczne o napięciu 380/220 V do bezpośredniego zasilania odbiorników elektrycznych niskiego napięcia. Aby przesyłać napięcia dziesiątek i setek kilowoltów na duże odległości, tworzone są napowietrzne linie energetyczne. Przewody są uniesione wysoko nad ziemią, a powietrze służy jako izolacja. Odległości między przewodami oblicza się w zależności od planowanego napięcia do przesłania. Na ryc. Na rys. 1.6 przedstawiono w tej samej skali podpory napowietrznych linii elektroenergetycznych o napięciach 500, 220, 110, 35 i 10 kV. Zwróć uwagę, jak projekty zwiększają swój rozmiar i złożoność wraz ze wzrostem napięcia roboczego!

Ryż. 1.6.

Na przykład:
Podpora linii 500 kV ma wysokość siedmiokondygnacyjnego budynku. Wysokość zawieszenia drutowego wynosi 27 m, odległość między drutami 10,5 m, długość girlandy izolatorów ponad 5 m. Wysokość podpór dla przepraw przez rzekę sięga 70 m. Rozważmy opcje dla bardziej szczegółowe budowanie linii energetycznych.

Napowietrzne linie energetyczne
Definicja.
Napowietrzna linia elektroenergetyczna to urządzenie służące do przesyłania lub rozdziału energii elektrycznej za pomocą przewodów umieszczonych na otwartej przestrzeni i przymocowanych za pomocą trawersów (wsporników), izolatorów i złączek do podpór lub obiektów użyteczności publicznej.

Zgodnie z „Zasadami budowy instalacji elektrycznych” linie napowietrzne dzieli się ze względu na napięcie na dwie grupy: napięcia do 1000 V i napięcia powyżej 1000 V. Dla każdej grupy linii ustalane są wymagania techniczne dotyczące ich projektowania.

Napowietrzne linie energetyczne 10 (6) kV są najczęściej stosowane na obszarach wiejskich i w małych miastach. Wynika to z ich niższego kosztu w porównaniu z liniami kablowymi, mniejszej gęstości zabudowy itp.

Do okablowania linie napowietrzne i sieci wykorzystują różne przewody i kable. Głównym wymaganiem dotyczącym materiału przewodów napowietrznych linii elektroenergetycznych jest niski opór elektryczny. Ponadto materiał użyty do produkcji drutów musi mieć odpowiednią wytrzymałość mechaniczną oraz być odporny na wilgoć i chemikalia unoszące się w powietrzu.

Obecnie najczęściej używany druty aluminiowe i stalowe, co pozwala zaoszczędzić rzadkie metale nieżelazne (miedź) i obniżyć koszty drutów. Druty miedziane są stosowane na specjalnych liniach. Aluminium ma niską wytrzymałość mechaniczną, co prowadzi do zwiększenia ugięcia i odpowiednio do zwiększenia wysokości podpór lub zmniejszenia długości przęsła. Przy przesyłaniu niewielkich ilości energii elektrycznej na niewielkie odległości stosuje się druty stalowe.

Do izolacji służą przewody i mocowanie ich do wsporników linii energetycznej izolatory liniowe, które oprócz wytrzymałości elektrycznej musi mieć również wystarczającą wytrzymałość mechaniczną. W zależności od sposobu mocowania do wspornika rozróżnia się izolatory kołkowe (mocowane na haczyki lub szpilki) i izolatory wiszące (montowane w girlandę i mocowane do wspornika za pomocą specjalnych łączników).

Izolatory kołkowe stosowane na liniach elektroenergetycznych o napięciu do 35 kV. Oznaczone są literami wskazującymi konstrukcję i przeznaczenie izolatora oraz cyframi wskazującymi napięcie robocze. Na liniach napowietrznych 400 V stosuje się izolatory kołkowe TF, ShS, ShF. Listy w symbolika izolatory oznaczają: T- telegraf; F- porcelana; Z- szkło; Shs- szkło szpilkowe; Szf- szpilka porcelanowa.

Izolatory kołkowe służą do podwieszania stosunkowo lekkich przewodów i w zależności od warunków trasy są stosowane Różne rodzaje przewody mocujące. Drut na wspornikach pośrednich mocuje się zwykle na główce izolatorów kołkowych, a na wspornikach narożnych i kotwowych - na szyjce izolatorów. Na wspornikach narożnych drut umieszcza się na zewnątrz izolatora w stosunku do kąta obrotu linii.

Izolatory zawieszenia stosowane na liniach napowietrznych 35 kV i wyższych. Składają się z płytki porcelanowej lub szklanej (części izolacyjnej), kołpaka z żeliwa sferoidalnego i pręta. Konstrukcja gniazda kołpaka i główki pręta zapewnia sferyczne połączenie przegubowe izolatorów podczas montażu girland. Girlandy są zbierane i zawieszane na wspornikach, zapewniając w ten sposób niezbędną izolację przewodów. Liczba izolatorów w girlandzie zależy od napięcia sieciowego i rodzaju izolatorów.

Materiałem do wiązania drutu aluminiowego z izolatorem jest drut aluminiowy, a w przypadku drutów stalowych – stal miękka. Podczas dziania drutów zwykle wykonuje się pojedyncze mocowanie, natomiast podwójne mocowanie stosuje się w obszarach zaludnionych i pod zwiększonym obciążeniem. Przed dzianiem przygotuj drut o wymaganej długości (co najmniej 300 mm).

Robienie na drutach głowy wykonywane za pomocą dwóch drutów dziewiarskich o różnych długościach. Druty te są przymocowane do szyjki izolatora, skręcając się ze sobą. Końce krótszego drutu są owinięte wokół drutu i mocno naciągnięte cztery do pięciu razy wokół drutu. Końce innego drutu, dłuższe, umieszcza się na główce izolatora w poprzek drutu cztery do pięciu razy.

Aby wykonać dzianie boczne, weź jeden drut, umieść go na szyjce izolatora i owiń go wokół szyi i drutu, tak aby jeden koniec przechodził przez drut i wyginał się od góry do dołu, a drugi od dołu do góry. Oba końce drutu są przesunięte do przodu i ponownie owinięte drutem wokół szyjki izolatora, zmieniając miejsca względem drutu.

Następnie drut jest ciasno dociągnięty do szyjki izolatora, a końce drutu wiążącego są owinięte wokół drutu po przeciwnych stronach izolatora od sześciu do ośmiu razy. Aby uniknąć uszkodzenia drutów aluminiowych, obszar łączenia jest czasami owijany taśmą aluminiową. Niedopuszczalne jest zginanie drutu na izolatorze przy silnym naprężeniu drutu wiążącego.

Druty dziewiarskie wykonywane ręcznie za pomocą szczypiec monterskich. Specjalna uwaga Jednocześnie należy zwrócić uwagę na dociągnięcie drutu wiązałkowego do drutu oraz położenie końcówek drutu wiązałkowego (nie powinny wystawać). Izolatory kołkowe mocuje się do wsporników na stalowych hakach lub kołkach. Haki wkręca się bezpośrednio w podpory drewniane, a kołki montuje się na trawersach metalowych, żelbetowych lub drewnianych. Do mocowania izolatorów do haków i kołków stosuje się zaślepki polietylenowe adaptera. Ogrzaną nasadkę mocno dociska się do kołka, aż się zatrzyma, po czym przykręca się do niej izolator.

Przewody zawieszane są na wspornikach żelbetowych lub drewnianych za pomocą izolatorów wiszących lub kołkowych. W przypadku napowietrznych linii elektroenergetycznych stosuje się linie nieizolowane. Wyjątkiem są wejścia do budynków - izolowane przewody rozciągnięte od wspornika linii energetycznej do izolatorów montowanych na hakach bezpośrednio na budynku.

Uwaga!
Minimalna dopuszczalna wysokość dolnego haka na podporze (od poziomu gruntu) wynosi: w liniach elektroenergetycznych o napięciu do 1000 V dla podpór pośrednich od 7 m, dla podpór przejściowych – 8,5 m; w liniach elektroenergetycznych o napięciu większym niż 1000 V wysokość dolnego haka dla podpór pośrednich wynosi 8,5 m, dla podpór narożnych (kotwicowych) - 8,35 m.

Najmniejsze dopuszczalne przewody napowietrznych linii elektroenergetycznych o napięciu większym niż 1000 V, wybrane ze względu na warunki wytrzymałości mechanicznej, z uwzględnieniem możliwej grubości ich oblodzenia, podano w tabeli. 1.1.

Minimalne dopuszczalne wartości przewodów napowietrznych linii elektroenergetycznych o napięciach powyżej 1000 V
Tabela 1.1

Napowietrzne linie elektroenergetyczne o napięciu do 1000 V i do 10 kV oraz ich mocowania do obiektów przedstawiono w tabeli. 1.2.

Tabela 1.2

Obecnie prąd wytwarzany jest głównie przez potężne elektrownie zlokalizowane z dala od odbiorców.

W rezultacie istnieje potrzeba przesyłania go na duże odległości.

Zasadniczo energia elektromagnetyczna może być przesyłana od źródła do konsumenta w zakresie częstotliwości ultrawysokich (mikrofale) i częstotliwości optycznych. W tej formie przybywa na Ziemię energia elektromagnetyczna ze słońca. Spektrum promieniowania słonecznego waha się od bardzo niskich częstotliwości, rzędu kilku herców, po częstotliwości ultrafioletowe, a nawet rentgenowskie. Jednak przy obecnym poziomie rozwoju technologicznego przesyłanie dużych ilości energii elektrycznej przez wolną przestrzeń jest praktycznie trudne. Dlatego współcześnie prąd przesyłany jest otwartymi liniami przesyłowymi za pomocą przewodów aluminiowych i miedzianych lub za pomocą kabli ekranowanych.

Ponadto w przypadkach, gdy energia elektryczna wytwarzana jest na stosunkowo niskich częstotliwościach (50 lub 60 Hz), bardziej opłacalne ekonomicznie jest jej przesyłanie liniami wysokiego napięcia. Jak już wspomniano, w tym przypadku pole elektromagnetyczne rozchodzi się w dielektryku otaczającym metalowy drut i tylko niewielka część energii przenika przez drut i jest zużywana na jego ogrzewanie. Do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości stosuje się obecnie głównie kanały przewodzące wykonane z metalowych drutów aluminiowych lub miedzianych. W tym przypadku stosuje się zarówno otwarte linie napowietrzne, jak i ekranowane kable podziemne. W obu przypadkach energia elektromagnetyczna jest rozprowadzana w dielektryku otaczającym przewodnik i tylko niewielka jej część (ułamki procenta) jest tracona w wyniku nagrzania przewodnika. W przypadku stosowania otwartych przewodów część przesyłanej energii jest wypromieniowywana w wolną przestrzeń.

Energia wypromieniowana w wolną przestrzeń jest znikoma (ułamki procenta), jeśli długość linii przesyłowej jest znacznie mniejsza niż połowa długości fali 6000 km przy częstotliwości 50 Hz i rośnie niemal liniowo wraz ze wzrostem długości linii przesyłowej.

Jak wspomniano powyżej, przesył energii elektrycznej odbywa się obecnie przy użyciu napięcia przemiennego. Wyjaśnia to możliwość zastosowania transformatorów do zmiany wielkości napięcia przemiennego.

W praktyce pole elektromagnetyczne wnika w metal drutów na głębokość kilkuset nanometrów. Ogólnie rzecz biorąc, wielkość strat w drutach zależy od mocy przesyłanej energii elektrycznej, stężenia zanieczyszczeń w metalu drutów i temperatury. Naturalnie, im bardziej drut się nagrzewa, tym większe są straty.

Dlatego im grubsze druty należy wybrać, tym większa jest przenoszona przez nie moc i tym więcej zanieczyszczeń jest w metalu drutów. Utlenianie drutów w wilgotnym środowisku prowadzi do powstania filmu dielektrycznego na ich powierzchni i w naturalny sposób zwiększa straty.

Poważnym problemem przy stosowaniu otwartych linii przesyłowych na duże odległości jest wzrost strat spowodowany zwiększonym promieniowaniem energii elektrycznej w wolną przestrzeń.

Należy pamiętać, że przy przesyłaniu prądu stałego (przy f = 0 Hz) pole elektromagnetyczne rozchodzi się również wzdłuż drutów z prędkością bliską prędkości światła. Jednocześnie straty energii spowodowane promieniowaniem w wolnej przestrzeni są znacznie zmniejszone. Straty energii w drutach w tym przypadku praktycznie nie maleją. Można je znacznie zmniejszyć stosując nadprzewodniki. Jednak przenoszenie mocy za pomocą nadprzewodników jest obecnie w dużej mierze niewykorzystane, głównie ze względu na konieczność chłodzenia ich do bardzo niskich temperatur. W tym przypadku energia potrzebna do ochłodzenia przewodników przewyższa straty energii elektrycznej podczas przesyłania jej przez przewody ekranowane.