Русский   English

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Зростаючий інтерес в ряді країн світу до проблеми транспорту значної потужності на наддалекі відстані 2000 – 4000 км визначається можливістю створення джерел дешевої електроенергії, віддалених від центрів навантаження. Особлива увага до цієї проблеми існує в Росії. При формуванні ЄЕС Росії важливе місце займає задача посилення електричних зв'язків між її європейської і азіатської секціями.

При сучасному рівні розвитку техніки передачі електроенергії проблема далекої транспорту може бути вирішена як на постійному, так і змінному струмі. Як показано в даній роботі, для вирішення даної проблеми найбільш ефективним є використання полуволновой технології передачі електроенергії.

Систематичні дослідження в області напівхвильових ЕП почали проводитися в Сибірському НДІ Енергетики з 1956 року під керівництвом професора В.  К. Щербакова. В результаті досліджень, проведених спільно з іншими організаціями країни, були створені науково – технічні основи, обгрунтована технічна здійсненність і економічна ефективність таких електропередач.

В даний час дуже актуальним залишається питання різних способів передачі електричної енергії на відстані. У 1892 році в Лондоні, а через рік у Філадельфії, відомий винахідник, серб за національністю, Нікола Тесла демонстрував передачу електроенергії по одному дроту. Як він це робив – залишається загадкою. Частина його записів досі не розшифрована, інша частина згоріла [1]. Сенсаційність дослідів Тесла очевидна будь–якому електрику: адже, щоб струм йшов по дротах, вони повинні складати замкнутий контур. А тут раптом – один незаземлений провід! Але, я думаю, сучасним електрикам належить здивуватися ще більше, коли вони дізнаються, що в Росії працює людина, яка теж знайшов спосіб передавати електроенергію по одному незамкнутому проводу. Інженер Станіслав Авраменко робить це вже 15 років.

Експерименти з однопровідна і бездротової передачі електроенергії почалися біліше 100 років тому з дослідів Н. Тесли. Через багато років інтерес до цієї проблеми виник знову, особливо після того, як С.  В. Авраменко продемонстрував передачу змінного струму по одному дроту в московському науково–дослідному електротехнічному інституті.

Структура передачі електроенергії

Розглянемо докладніше структуру системи передачі електроенергії. Високовольтна обмотка трансформатора Тесли з заземленим низькопотенційну висновком виконує дві функції: підвищення сили струму в області пучности струму, тобто на вході, і підвищення напруги в області пучности напруги, тобто на виході. Обмотка являє собою четвертьволновой відрізок, виконаний у вигляді спіральної намотки [2]. Два зустрічно включених трансформатора Тесла, з'єднані високовольтною лінією l, утворюють передавальну полуволновой систему з заземленими з двох сторін низько потенційного висновками.

Через живильну первинну обмотку накачування порушимо описану полуволновой систему на частоті півхвильового резонансу. Між заземленнями виникне полуволновой стояча хвиля з пучності напруги в середині системи (тобто на високовольтній лінії довжиною l) і пучностями струму на кінцях системи, (тобто в областях накачування і зливу енергії) [3]. Якщо забезпечити таке співвідношення швидкостей поширення електромагнітної енергії уздовж підвищують котушок трансформатора Тесла і вздовж провідникової частини системи, щоб на трансформаторах вклалося, наприклад, 85% напівхвилі, то на високовольтній лінії будуть укладатися залишаються 10%.

Уздовж всієї системи передачі, утвореної передавальної високовольтної котушкою, високовольтною лінією і приймаючої високовольтної котушкою (тобто між заземленими низько потенційного висновками), природно, вкладеться вся половина довжини хвилі. При цьому уздовж високовольтної передавальної лінії l напруга буде залишатися практично однаковим (з – за слабкої залежності функції синуса від кута в області аргументу, близького до π/2).

Таким чином, передає лінія виявиться в пучности напруги під практично незмінним його значенням вздовж всієї довжини. Низько потенційного частини обох котушок виявляться в областях пучностей струму, в цих же областях розміщуються, як вказувалося, котушки накачування і зливу (низьковольтні обмотки трансформаторів Тесла).

С. Авраменко зміг передати енергію по одному провіднику і використовувати даний ефект для харчування активного навантаження [4]. Він відкрив, що якщо перетворити електрику в високочастотні імпульси, то замкнута ланцюг більше не потрібна і сам провідник служить як напрямок для енергії, а не як передавач. Найцікавіше в тому, що будь з чого зроблений провідник і яке у нього перетин, головний напрямок.

Причому для потужностей в десятки і навіть сотні мегават (для порівняння, середня величина встановленої потужності великої електростанції в Росії і становить сотні мегават) знадобиться мідний проводок товщиною не більше одного міліметра. Він повинен бути надійно ізольований, наприклад, як кабель для квартирної телевізійної антени. Таке можливо тільки тому, що використовується висока частота електричного поля – десятки або сотні кілогерц, а також на передавальну котушку трансформатора подається висока – десятки кіловольт – напруга. Завдяки високій напрузі в провіднику практично не тече струм, а це означає, що в ньому немає і омічних втрат на нагрівання провідника.

Прихильник підходів Тесли до облаштування електричної системи Росії найбільш оптимальними технічними пристроями, директор Всеросійського НДІ електрифікації сільського господарства академік Дмитро Стребков зазначає, що втрати при такому способі передачі електроенергії на будь–які відстані (тисячі і навіть десятки тисяч кілометрів) складуть не більше одного відсотка [5]. Фактично одно провідна передача електроенергії це є надпровідність, тільки набагато дешевше, вже відпрацьована технологія і не вимагає використання кріогенних температур , – каже Стребков.

В даний час у великих міських агломераціях різко встала проблема дефіциту електроенергії, особливо в центрах міст, де неможливо будувати великі електростанції. Потрібно вводити по високовольтних лініях електропередач великі потужності. А, як відомо, ЛЕП вимагають відчуження великих ділянок землі, яка досить дорога в містах. Крім того, ці гігантські споруди надзвичайно затратні, а втрати на передачу енергії по ним досягають часом десяти відсотків. Кабельні лінії також вимагають великих витрат на прокладку, оскільки необхідно прокладати великі траншеї в зв'язку з великими розмірами традиційних кабелів. Крім того, пропускна здатність у них обмежена в більшій мірі, ніж у ЛЕП, а втрати ще вище. До того ж, при раптовому пошкодженні або псуванні кабелю знаходження пошкодженого місця і його усунення влітають експлуатуючим організаціям в копієчку.

Для вирішення цієї проблеми в зв'язку з успіхами в освоєнні високотемпературної надпровідності був запропонований варіант використання для цих цілей надпровідного кабелю. Відомо, що при температурі мінус 196 градусів Цельсія у деяких керамічних матеріалів виникає так зване явище надпровідності, коли джоулева втрати електроенергії під час руху струму в провіднику практично дорівнюють нулю. Крім того, надпровідники, а зараз це довгі тонкі сталеві стрічки з нанесеними на них мікроскопічними шарами надпровідника і інших складів, дозволяють пропускати великі струми і напруги, тобто великі потужності – до десятків мегават в одному великому кабелі [6]. Однак сам надпровідник необхідно на всій його довжині безперервно охолоджувати до температури рідкого азоту, в іншому випадку він перейде в ненадпровідний стан і перегорить, залишивши споживачів без електроенергії. Витрати на підтримку заморозки в кабелі можуть перевищувати втрати в звичайному кабелі рівній потужності. При цьому вартість надпровідного кабелю є воістину гігантською, і ціна одного кілометра такого кабелю може перевищувати вартість одного кілометра будівництва МКАД за часів керівництва столицею мером Лужковим. Ну і, треба відзначити, в світі ще не навчилися випускати надпровідники відповідної довжини, високої якості і з низькою ціною, а також не вирішили до кінця технічні проблеми охолодження.

Тим часом в провідних країнах Заходу на розвиток надпровідникових програм витрачаються шалені гроші в десятки мільйонів доларів щорічно. Навіть в Росії в останні роки цей напрямок науки було підтримано державою, і в ці програми щороку вливається більше одного мільярда рублів. При цьому не було своєчасно враховано, що є й інші способи вирішення цієї проблеми передачі великих потужностей на великі відстані з малими втратами і при набагато менших капітальних і експлуатаційних витратах. У тому числі була випущена з уваги і перспективна, реалізована не тільки на лабораторних зразках, а й діє на багатьох відповідальних об'єктах, в тому числі і в нафтогазовій галузі, технологія однопровідною передачі енергії напругою високої частоти, ідею якого вперше сформулював Нікола Тесла.

Рисунок 1 – Епюри напруг і струмів вздовж полуволновой системи передачі електроенергії: h – довжина котушки; l – довжина передавальної лінії. Г, Н – живить генератор і навантаження полуволновой системи; L1, L4 – накачувальна і зливна котушки системи передачі; L2, L3 – передаюча і приймаюча високовольтні котушки трансформатора Тесла.

Особливості та переваги полуволновой системи передачі електроенергії

  • Існує незалежний фазовий зсув між напругою на кінцях лінії від переданої потужності. Тобто в полуволновой лінії незалежно від переданої потужності фазовий зсув по кінцях лінії завжди становить 1800 (напруги в протифазі).
  • За критерієм статичної стійкості полуволновой лінія поводиться як лінії нульової довжини. Тобто, в разі роботи електростанції на навантаження через полуволновой лінію гранична потужність за критерієм статичної стійкості визначається параметрами самої електростанції, як у випадку лінії нульової довжини.
  • Полуволновой лінія за способом зміни потоку активної потужності ідентична лінії постійного струму. Тобто, в полуволновой лінії, як і в лінії постійного струму, величина переданої потужності може змінюватися тільки за рахунок регулювання перепаду напруги по кінцях лінії.
  • Полуволновой лінія по реактивної потужності збалансована у всіх режимах, в той час як в звичайних лініях реактивна потужність по їх кінцях дорівнює нулю тільки в режимах натуральної потужності.
  • Прямопропорційна залежність напруги в середині лінії від переданої потужності знаходиться в прямому протиріччі з поведінкою напрузі в середині звичайних ліній, де коливання напруги становить всього кілька відсотків при зміні переданої потужності в широких межах (від нуля до натуральної і більше), причому підвищення напруги відбувається при холостому Під час.
  • У полуволновой лінії напруга в середині лінії повторює діапазон зміни переданої потужності.
  • При розрахунку пропускної здатності ліній замість критерію стійкості керуються допустимим рівнем напруги в середній частині лінії, тобто по найбільшої робочої напруги.
  • З'являється можливість шунтування полуволновой лінії в середній точці. Незвичайним властивістю полуволновой лінії в порівнянні з традиційними лініями є те, що під час шунтування середньої точки півхвилею лінії, струми по кінцях лінії стають рівними нулю, так як шунтування середньої точки лінії еквівалентно відключення лінії по кінцях. Тому наявність в середній точці лінії шунтирующего вимикача виявляється корисним для проведення комутацій напівхвильових ліній в нормальних і аварійних режимах.
  • Полуволновой лінії байдужі до якості електроенергії на вході, що робить актуальним їх використання для буферної передачі електроенергії від поновлюваних джерел енергії в існуючу мережу.
  • Існує можливість передачі енергії одному дроту. Механізм передачі не суперечить законам фізики, а є прямим наслідок перерахованих вище режимів роботи.

Перераховані особливості півхвильового режиму експлуатації ліній електропередач на якісному рівні можуть бути пояснені електричними властивостями стоячих хвиль напруги і струму, фізичні властивості яких і породжують перерахований вище набір таких незвичайних якостей.

Висновки

Полуволновой методи передачі енергії по одному дроту мають наступні практичними перевагами в порівнянні з традиційними способами передачі електроенергії:

  • Передача електричної потужності по проводах істотно меншого діаметру, що робить такий спосіб уже більш економічним.
  • Можливість використання однопровідною передачі електричної енергії. Дана можливість дозволяє вирішувати ряд спеціальних завдань (космос, харчування аеростатів і д.р.).
  • Лінія має значно більшу стійкістю в роботі. Такий спосіб вимагає меншого устаткування, що підтримує стабільність роботи, крім того обслуговування мережі спрощується.
  • Підвищена електробезпека лінії. Можливість створювати режими, де повністю відсутня небезпека короткого замикання.
  • Ефективність і можливість передачі електроенергії напівхвильового способом на середні відстані. Даний спосіб вимагає менших капітальних витрат, більш простий в розгортанні.

Список источников

  1. Вульф А. А. Проблема передачи электроэнергии на сверхдальние расстояния по компенсированным линиям. – М.: Госэнергоиздат, 1941.
  2. Соколов Н. И., Соколова Р. Н. Возможности применения полуволновых линий электропередачи повышенной частоты. // Электричество – 1999 – № 2. C. 1-27.
  3. Александров Г. Н., Дардеер М. М. Длинная линия электропередачи между Конго и Египтом с использованием управляемых шунтирующих реакторов. // Электричество – 2008 – № 3. C. 9–17.
  4. Повышение эффективности электросетевого строительства / А. А. Зевин, и др.; под ред. Н. Н. Тиходеева. – Л.: Энергоатомиздат, 1991. – 240 с.
  5. Стребков Д. С., Некрасов А. И. Резонансные методы передачи и применения электрической энергии. Изд. 3–е, перераб. и доп. М.: ВИЭСХ, 2008. – 352 с.
  6. В. З. Трубников, инж., ГНУ ВИЭСХ. Полуволновые линии передачи электроэнергии на резонансных трансформаторах. // Техника в сельском хозяйстве – 2009, №6
  7. Зильберман С. М. Методические и практические вопросы полуволновой технологии передачи электроэнергии, тема докторской диссертации и автореферата по ВАК 05.14.02.