Jaký je princip přenosu elektrické energie na velké vzdálenosti?

Po nástupu výkonných elektromagnetických generátorů vyvstal problém centralizované výroby elektřiny, která by umožnila její využití pro obsluhu výkonných průmyslových podniků. Na konci 19. stol. Elektromotory začínají hrát důležitou roli v těžkém průmyslu. Elektrické generátory vyrábějí elektřinu nejen pro přeměnu na světelnou nebo tepelnou energii, ale především pro přeměnu na mechanickou energii.

Použití elektromotorů umožnilo soustředit výrobu elektrické energie do velkých elektráren, což vedlo k výraznému snížení nákladů na elektrickou energii. V době soustředěné průmyslové výroby byla tato možnost elektrické energie velmi rychle využita. Od konce 80. let začaly vznikat první elektrárny, tedy technické stavby určené k výrobě elektrické energie. Elektrické stanice jsou propojeny se spotřebiči, které obsluhují, systémem vodičů, kterými dochází k distribuci a přenosu elektrické energie. První elektrárnu vytvořil Edison v USA. Aby bylo zajištěno široké využití elektrického osvětlení, Edison v roce 1882 realizoval myšlenku vytvoření centralizované elektrárny, kterou v roce 1879 vyjádřil Yablochkov.

V souvislosti s výstavbou elektráren nabyl problém přenosu elektřiny na vzdálenosti velkého ekonomického významu. Přenos elektřiny na dálku otevřel možnost vytvářet velké elektrárny v oblastech s nekvalitním palivem a výrazně snížil cenu elektřiny, což přispělo k hlubšímu pronikání elektřiny do průmyslu.

Pokusy o přenos elektrické energie probíhaly v Evropě již na počátku 70. let 1873. století. V roce 1 předvedl francouzský elektrotechnik I. Fontaigne na mezinárodní výstavě ve Vídni přenos elektřiny na vzdálenost 70 km. Koncem 1875. let byly také v Anglii a Americe vytvořeny pilotní instalace pro přenos elektřiny na dálku. V Rusku v roce 1845 vojenský inženýr F. A. Pirotskij (1893-1) zařídil přenos elektřiny na vzdálenost až XNUMX km na Volkovo Pole u Petrohradu.

První přenos výkonu určený pro běžný provoz provedl pro elektrické osvětlení v roce 1876 P. N. Yablochkov. Další rozvoj přenosu elektrické energie na velké vzdálenosti byl však opožděn kvůli nedostatku teoretické analýzy jevů, které se v tomto případě vyskytují. A tak ruský elektrotechnik Lachinov (1842-1902) publikoval v roce 1880 svou práci „Elektromechanická práce“, kde studoval činnost elektrických strojů a matematicky prokázal možnost přenosu libovolného množství elektřiny na značné vzdálenosti bez velkých ztrát zvýšením napětí. Tyto studie měly velký význam pro řešení problému přenosu výkonu a pro celý následný rozvoj elektrotechniky.

Podobné teoretické závěry formuloval i francouzský fyzik M. Depres, který je také experimentálně potvrdil. V roce 1881, na prvním mezinárodním kongresu elektrikářů v Paříži, Despres přednesl prezentaci o přenosu a distribuci elektřiny. Despres postavil první experimentální vedení pro přenos energie o délce 57 km na mnichovské výstavě v roce 1882. Na této trati byl telegrafním drátem přenášen stejnosměrný proud 1500-2000 voltů z generátoru poháněného parním strojem do elektrického motoru připojeného k pumpě. Tento přenos výkonu však fungoval přerušovaně a stále měl velmi nízký faktor účinnosti (22 %). Despres pak ve Francii postavil několik dalších elektrických vedení, přičemž nejdůležitější je 56 km vedení.

Zavedení dálkového přenosu elektřiny bránila samotná podstata stejnosměrného proudu. Faktem je, že stejnosměrný proud se kvůli nízkému napětí ukázal jako nevhodný pro přenos. Výrazně větší možnosti v tomto smyslu představoval střídavý proud. Nejdůležitější etapou ve vývoji technologie přenosu elektřiny byl přechod ze stejnosměrného proudu na střídavý. Tehdy známé elektromotory na střídavý proud však měly značné nevýhody, které je často činily nevhodnými pro použití. Vynálezci byli postaveni před úkol najít způsob, jak využít střídavý proud a transformátory střídavého proudu k přenosu elektřiny na velké vzdálenosti a k ​​napájení elektromotorů.

První krok v tomto směru učinil italský fyzik a elektrotechnik G. Ferraris (1847–1897) v letech 1885–1888, který navrhl použít soustavu dvou střídavých proudů lišících se fázově o 90°, později nazývaných „dvoufázové “ aktuální. Ferraris ukázal, že pomocí dvoufázových proudů je možné získat takzvané „rotující magnetické pole“ uvnitř železného prstence.

Tuto myšlenku později rozvinul a uvedl do praxe slavný srbský vědec, elektroinženýr N. Tesla (1856-1943), který vytvořil různé konstrukce vícefázových, hlavně dvoufázových elektromotorů. Tesla považoval dvoufázový systém za nejpraktičtější. Pomocí tohoto systému byla v roce 1896 postavena první velká dvoufázová elektrárna – vodní elektrárna Niagara v USA. Dvoufázový proud se však příliš nepoužíval.

Vynález, který umožnil racionálněji vyřešit problém přenosu energie na velké vzdálenosti, vytvořil ruský inženýr M. O. Dolivo-Dobrovolsky (1862-1919), který navrhl použít pro střídavý proud spíše třífázový než dvoufázový střídavý proud. přenos elektrické energie. Jak experimentálně, tak teoreticky, Dolivo-Dobrovolsky dokázal, že pomocí třífázového proudu je možné získat stejné točivé magnetické pole, jaké Ferraris a Tesla získali pomocí dvoufázového proudu. Na základě toho Dolivo-Dobrovolsky postavil svůj třífázový motor, který později dostal v elektrotechnice název „asynchronní“ (obr. 1).

Rýže. 1. Třífázové motoru od M. O. Dolivo-Dobrovolského (1891).

Asynchronní motory se na rozdíl od synchronních motorů otáčí nezávisle při zapnutí proudu. Jejich rychlost lze upravit v určitých mezích. Pro napájení vyžadují asynchronní motory pouze tři vodiče připojené ke třem koncům tří statorových vinutí, jejichž druhé konce jsou určitým způsobem vzájemně spojeny. Třífázové generátory proudu se svou konstrukcí nijak neliší od běžných jednofázových generátorů střídavého proudu, až na to, že vinutí, ve kterém se indukuje elektromotorická síla, není rozděleno do dvou, ale do tří skupin – fází.

V roce 1891 na elektrické výstavě ve Frankfurtu nad Mohanem Dolivo-Dobrovolsky jako první na světě zorganizoval přenos elektrické energie na vzdálenost asi 170 km pomocí třífázového proudu. Zde byl také poprvé předveden jeho třífázový motor, jehož schéma zapojení se do dnešních dnů jen málo změnilo.

Dolivo-Dobrovolsky také vyřešil otázku třífázových proudových transformátorů, které jsou velmi důležité pro přenos elektřiny. V roce 1890 navrhl pro třífázové proudy místo tří běžných jednofázových transformátorů použít jeden transformátor, speciálně upravený pro třífázové proudy, který na rozdíl od jednofázového nemá dvě magnetická jádra, ale tři (obr. 2).

Rýže. 2. Třífázový obvod transformátor M. O. Dolivo-Dobrovolsky.

Dolivo-Dobrovolsky tak vynalezl a vyvinul vše potřebné pro třífázový přenos elektřiny a pro její distribuci mezi osvětlovacími elektrárnami. Vynálezy Dolivo-Dobrovolského znamenaly začátek nového období v elektrotechnice. Teprve po vytvoření ekonomicky životaschopného a technicky jednoduchého systému třífázového proudu, který vyřešil problém přenosu elektřiny na velké vzdálenosti, začalo plošné zavádění elektřiny do průmyslu. Řešení problému přenosu elektřiny na dálku, vytvoření účinných elektromotorů a úspěchy strojírenského průmyslu to umožnily na konci 19. století. začít převádět městskou dopravu na elektrickou energii.

V roce 1879 postavila firma Siemens a Halske na průmyslové výstavě v Berlíně (obr. 3) první experimentální elektrickou dráhu.

Rýže. 3. Elektrická dráha od W. Siemense (1879)

Elektřina pro motor byla přiváděna po třetí kolejnici a odváděna po hnací kolejnici. Tato tramvaj však nevyhovovala v městských podmínkách. Zajímavou práci na využití elektrické energie k pohonu běžného městského koňského povozu provedl F. A. Pirotskij v roce 1880 v Petrohradě v Rožděstvenském parku městské koněspřežné dráhy. Pirotského experimenty byly úspěšné a ukázaly ekonomické a technické výhody nového typu městské dopravy. Akcionáři společnosti Horse-drawn Railway Society však ze strachu před konkurencí testování zabránili.

Další rozvoj městské ekonomiky si stále více vyžádal zásadní změny ve způsobech dopravy ve velkých městech. Díky tomu se začaly postupně budovat tramvajové tratě. V roce 1881 byla u Berlína spuštěna první tramvajová trať o délce asi 2,5 km. Již v roce 1895 vystřídaly v největších městech Evropy a USA vozy tažené koňmi tramvaje. V Rusku byl pravidelný provoz tramvaje poprvé organizován v roce 1892 v Kyjevě. V Moskvě byla první tramvajová trať postavena v roce 1899. Za 10 let dosáhla délka železniční elektrické sítě 2260 km, z toho 1138 km v Německu.

Současně byl studován problém elektrifikace železniční dopravy. Od roku 1901 se elektřina používá na příměstských železničních tratích v Paříži. Od konce XNUMX. stol. Experimenty probíhají na elektrifikaci horských tratí v USA, Itálii a Švýcarsku.

Úspěšné řešení problému přenosu elektrické energie přispělo k neobvykle rychlému rozvoji elektrotechniky. Díky elektrické energii je možné racionálnější využití přírodních zdrojů energie. Elektrický přenos umožnil využívat levnou hydraulickou energii z řek, používat nízkohodnotné palivo – nízkokalorické druhy uhlí, uhelný prach, rašelinu atd. Elektrická energie v plném slova smyslu způsobila revoluci v energetickém průmyslu a vytvořila podmínky pro nový kolosální technický pokrok.

Tento článek ještě nebyl napsán, ale můžete to udělat.

Výstup:

• Zobrazení: 3497
• Komentáře: 0
• Zveřejněno: 02.02.2011
• Verze: 6, aktuální: 6
• Stav: expert
• Hodnocení: 100.0

Přenos elektrické energie — technologie pro přenos energie z míst výroby do míst spotřeby. Přenos elektřiny se uskutečňuje prostřednictvím elektrických sítí, které zahrnují měniče, elektrické vedení a distribuční zařízení.

Historie [upravit | upravit kód]

Elektrické vedení v Německu

Možnost přenosu elektřiny na dálku poprvé objevil Stephen Gray ve 1720. letech 800. století. V Grayových experimentech byl náboj přenášen hedvábným drátem na vzdálenost až 1 stop [XNUMX]

Do konce 2. století se elektřina využívala pouze v okolí výrobních závodů. To zase omezovalo rozsah využití dostupných zdrojů, protože nebyly zapotřebí velké kapacity pro místní výrobu. S vynálezem elektrického osvětlení se potřeba přenášet elektřinu na velké vzdálenosti stala naléhavým problémem, protože osvětlení bylo vyžadováno především ve velkých městech vzdálených od zdrojů energie [XNUMX].

V roce 1873 Fontaine poprvé předvedl generátor a stejnosměrný motor spojený 2 km dlouhým drátem. V roce 1874 F. A. Pirotsky přenášel elektřinu o výkonu 6 hp. S. na vzdálenost 1 km a v roce 1876 pokus zopakoval, přičemž jako průvodčí použil koleje Sestroretské dráhy o délce 3,5 km. Koncem 1870. let – začátkem 1880. let 1882. století D. A. Lachinov ukázal, že ztráty energie při přenosu mají inverzní vztah k napětí, a P. N. Yablochkov a I. F. Usagin vytvořili první transformátory, které umožnily Usaginovi na Všeruské výstavě v Moskvě v roce 2000 předvést první vysokonapěťový přenosový systém, který zahrnoval stupňovité a snižovací transformátory a vedení pro přenos energie. Ve stejném roce na mnichovské výstavě předvedl zkušenosti s přenosem stejnosměrného elektrického proudu o napětí až 60 V na vzdálenost 78 km Marcel Depres se ztrátami ve výši 2 % [XNUMX].

Průlomem v přenosu elektřiny na velké vzdálenosti byla zkušenost M. O. Dolivo-Dobrovolského na mezinárodní elektro výstavě ve Frankfurtu nad Mohanem v roce 1891. Během experimentu byla energie z instalace na řece Neckar ve městě Lauffen přenášena do Frankfurtu prostřednictvím třífázového vedení v délce 175 km. Energie byla přenášena při napětí 15200 V, transformace byla provedena pomocí třífázových transformátorů. Účinnost linky dosáhla 80,9 % a přenášený výkon byl více než 100 koní. str. sloužící k ovládání elektromotoru a osvětlení. Zkušenosti přispěly k zavedení třífázových střídavých a vysokonapěťových přenosových soustav. V roce 1910 se v USA objevila první vedení 110 kV a v roce 1923 220 kV, ve stejné době začalo zavádění vedení vysokého napětí v Evropě [2].

Stejnosměrný přenos energie především soustavou Türy byl na počátku 10. století poněkud rozšířen, zejména trať Batumi o délce 180 km a trať Moutiers-Lyon o délce 2 km, avšak v r. na konci byly demontovány a nahrazeny AC vedení [XNUMX].

Schéma převodu [upravit | upravit kód]

V současné době se používají schémata přenosu, která zahrnují [3]:

• elektrický generátor;
• zvyšovací transformátor;
• elektrické vedení;
• snižující transformátor.

Obvody se dělí na blokové, spojené a polospojené [4]

Klasifikace [upravit | upravit kód]

Podle typu elektrického vedení [5]:

Pro pomocný náhon [5]:

• rovný;
• s mezivýběrem;
• s mezigenerací.

V řadách s mezivýběrem a výrobou jsou obvykle k dispozici další snižovací a zvyšující transformátory, které splňují potřeby mezispotřebitelů elektřiny a výroby.

Podle počtu linek: jedno-, dvou- a tříokruhové [6].

Rozsah převodovky [upravit | upravit kód]

Hlavním parametrem systému přenosu energie je propustnost P [7]:

Například pro vedení 110 kV je propustnost 30 MW.

Propustnost snižují energetické ztráty [8], dalším omezením je stabilita paralelního provozu synchronních strojů umístěných na koncích linky [9].

Poznámky [upravit | upravit kód]

1. ↑Khramov A. Gray Stephen // Fyzici: Biografický adresář / Ed. A. I. Akhiezer. — Ed. 2., rev. a doplňkové – M.: Nauka, 1983. – S. 91. – 400 s. — 200 000 výtisků.
2. ↑ 1234Krachkovsky, 1953, s. 6-12.
3. ↑Krachkovsky, 1953, s. 23-24.
4. ↑Krachkovsky, 1953, s. 24.
5. ↑ 12Krachkovsky, 1953, s. 22.
6. ↑Krachkovsky, 1953, s. 23.
7. ↑Krachkovsky, 1953, s. 27.
8. ↑Krachkovsky, 1953, s. 28.
9. ↑Krachkovsky, 1953, s. 31.

Literatura [upravit | upravit kód]

• Krachkovský N. N. Přenos elektrické energie na velké vzdálenosti / Rep. vyd. Akademik A.V. – M.: Nakladatelství Akademie věd SSSR, 1953.
• Gerasimenko A. A., Fedin V. T. Přenos a rozvod elektrické energie: Učebnice. – 2. – Rostov na Donu: Phoenix, 2008. – 715 s. — (Vysoké vzdělání).

Viz také [upravit | upravit kód]

• Uveďte článku přesnější kategorie.
• Přidejte ilustrace.