Становление современной электроэнергетики
До 1975 г. в СССР проводился курс на повышение расхода газа и мазута на нужды энергетики. Это позволило в короткий срок и без значительных капитальных затрат укрепить энергетическую базу народного хозяйства. Позже было решено, что дальнейший рост энергетического потенциала Европейской части страны должен осуществляться за счет строительства гидравлических и атомных станций, а в восточных районах - за счет тепловых станций, работающих на дешевых углях.
Основные запасы органических топлив (угля, нефти, газа) расположены в восточной части страны, чаще всего в труднодоступных районах. Поэтому особое значение приобретает проблема экономии топливно-энергетических ресурсов.
Дальнейшая централизация теплоснабжения за счет строительства мощных ТЭЦ и котельных позволит получить значительную экономию топлива. Однако сооружение ТЭЦ экономически целесообразно лишь при наличии крупных централизованных потребителей теплоты. Другой путь снижения расхода топлива - применение теплонасосных установок, которые могут использовать как естественные источники теплоты, так и вторичные энергоресурсы.
К началу 80-х годов Советский Союз по энерговооруженности был равен всей остальной Европе и уступал только Соединенным Штатам. Основываясь на мощной энергетической базе, которая к тому же развивалась опережающими темпами, СССР строил всю свою экономику.
|
|
|
Однако, начиная с 1980-х годов, в электроэнергетике России начали проявляться негативные тенденции. На фоне общего спада экономики, электроэнергетика фактически стала донором для других отраслей промышленности.
В 90-х кризис усугубился. На фоне сокращения собственных средств энергокомпаний, резко уменьшился объем инвестиций. Катастрофически не хватало средств на поддержание и модернизацию оборудования. Даже в самых благополучных энергосистемах европейской части России износ основных производственных фондов превысил 50% и стал приближаться к значениям, при которых ремонт оборудования обходится дороже его замены. В силу этих и других причин удельная энергоемкость экономики России (расход энергии на единицу ВВП) в 2-3 раза превысила соответствующий показатель развитых стран.
Усилиями менеджеров и работников РАО «ЕЭС России» электроэнергетику страны удалось спасти от разрушения. Однако масштабные задачи по модернизации России требуют самых решительных мер. У нашей страны есть только один способ остаться мощной, технологически развитой державой – быстрый экономический рост. А рост этот возможен только на основе развития и обновления энергетической отрасли.
По глобальности поставленных задач нынешнюю программу реформирования энергоотрасли можно с полным основанием сравнить с этим планом. Основные задачи ясны. Это, прежде всего, полная реструктуризация и либерализация энергетической отрасли, привлечение масштабных частных инвестиций, прорыв на международные рынки.
|
|
|
В настоящее время реформирование отрасли идет полным ходом. Конкурентные условия, создаваемые в ходе реформы, будут стимулировать предприятия к повышению эффективности: заставят развивать современные технологии, более эффективно использовать топливо, точнее планировать производственную деятельность и т.д. Широкомасштабная модернизация существующих и ввод новых энергообъектов потребует увеличения заказов на новое, более эффективное оборудование, строительно-ремонтные, проектно-конструкторские работы.
Но самое главное – это то, что процессы реформирования, происходящие в настоящее время в электроэнергетике, открывают перспективы дальнейшего роста и развития для каждого работника отрасли. На первое место выходят здоровая конкуренция и творческий подход.
Развитие современной электроники в электротехнике
"Продавец света" Т. Эдисон обратил внимание, что стеклянная колба осветительной лампы с нитью накаливания сравнительно быстро покрывается темным налетом, а угольная нить с течением времени утоньшается и перегорает. Поместив в колбу лампы металлическую пластинку и соединив ее с положительным полюсом батареи, Эдисон заметил отклонение стрелки гальванометра, включенного последовательно с пластинкой. Впоследствии было установлено, что Эдисон наблюдал эмиссию электронов. Так как энергия, необходимая электронам для выхода из вещества, сообщалась путем его нагревания , то это явление получило название термоэлектронной эмиссии.
|
|
|
Дальнейшие опыты показали, что ток возникает только в том случае, если нагреваемый электрод в лампе соединен с отрицательным полюсом, при смене полярности ток отсутствует. В 1904 году английский ученый Джон Амброз Флеминг разработал конструкцию двухэлектродной лампы (вакуумного диода) для применения в радиотехнике. Накаливаемый электрод получил название - катод, холодный электрод, собирающий электроны назвали анодом. Если такую лампу включить в цепь переменного тока, то ток в цепи будет проходить только в то время, когда напряжение на катоде отрицательно по отношению к аноду. Лампа обладает односторонней проводимостью, является вентилем, ее стали использовать для выпрямления переменного тока - детектор в радиоприемных устройствах. В радиотехнике вакуумный диод называют кенотроном.
|
|
|
Вайнтрауб, затем Ли де Форест установили возможность управления процессом выпрямления. Для этого они ввели в диодную лампу третий электрод, расположенный между анодом и катодом - сетку. Если на сетку подать положительный потенциал, ток в лампе увеличится, при отрицательном потенциале - уменьшится. При достаточно высоком отрицательном потенциале сетки ток в лампе становится равным нулю. То есть процессом выпрямления тока с помощью такой трехэлектродной лампы (триода) можно управлять, а величину тока - регулировать.
Теория триода была разработана в Нижегородской радиолаборатории, организованной в 1918 г. Николаем Дмитриевичем Папалекси и Михаилом Александровичем Бонч-Бруевичем. Ими были созданы мощные генераторные радиолампы, имеющие водяное охлаждение. Для использования в силовой электротехнике такие лампы не годились (слишком высокое напряжение, слишком малый ток).
Более мощные выпрямительные устройства были созданы с использованием явления ионизации газов. В естественном состоянии газы не проводят электричества. Но под действием "ионизаторов" (температуры, ультрафиолетовых или радиоактивных излучений) в газах образуются заряженные частицы ( ионы и электроны) - появляется свойство электропроводности. Основными носителями электрических зарядов в газе являются положительные ионы.
Ионизация атомов газа - отрыв электронов - требует затрат определенной энергии. При движении ионов они соударяются со свободными электронами или с ионами другого знака, образуя нейтральные атомы - рекомбинируют. Процесс рекомбинации сопровождается освобождением энергии, которая чаще всего излучается в виде света. Это явление используется для создания источников света - так называемых ламп дневного света. В лампах дневного света газовый разряд происходит обычно в парах ртути при пониженном давлении (низкое давление обеспечивает свечение газа при малых напряжениях) излучение ртутного пара поглощается слоем специальных веществ, нанесенных на внутреннюю поверхность газовой трубки, которые под действием поглощенного излучения в свою очередь начинают светится видимым светом иного спектрального состава. Световая окраска видимого света зависит от состава этого слоя (люминофора).
В силовой электротехнике приборы, действие которых основано на ионизации газов, ионные приборы, развивались в двух направлениях.
Приборы с накаливаемым катодом - газотроны и тиратроны. Для их работы необходим источник энергии для накала катода. Если этот источник отключить, катод остынет - ток через прибор станет равным нулю. Это приборы несамостоятельного разряда.
Приборы с жидким катодом (приборы самостоятельного разряда) - ртутные вентили. В этих приборах катодом служит жидкая ртуть - практически неиссекаемый источник электронов.
В приборах с жидким катодом осуществляется местный разогрев катода - на его поверхности создается раскаленное "катодное пятно". Это катодное пятно возникает вследствие дугового разряда между катодом и специальным электродом поджига. Для зажигания этой вспомогательной дуги ионный прибор наклоняют так ,чтобы ртуть коснулась поджигающего электрода - замкнула его цепь. При возвращении прибора в горизонтальное положение эта цепь разрывается , вызывая электрическую дугу. Если на главном аноде напряжение положительно относительно катода, то дуга переходит на главный анод и горит непрерывно, так как ртуть обладает практически неограниченными эмиссионными возможностями. При горении дуги на поверхности ртути и возникает катодной пятно (в этом месте ртуть нагрета до 2000 С), которое является источником электронов. Катод разогревает себя сам, поэтому эти приборы и получили название приборов самостоятельного разряда. Ртутный вентиль был создан в США в 1901 г.
На ионных приборах (вентилях) создавались выпрямители - устройства для преобразования переменного тока в постоянный. В России стеклянные ртутные вентили были созданы в 1921 г. в Нижегородской радиолаборатории. Более мощные ртутные вентили выпускались в металлическом корпусе. Ртутные (ионные) преобразователи использовались для питания постоянным током городского электротранспорта, гальванических и электролизных ванн. С 1929 г. в ртутные выпрямители стали встраивать добавочный электрод управляющую сетку. Стало возможно изменять выпрямленное напряжение и ток от нуля до максимума. Ртутный выпрямитель превратился в преобразователь: стало возможным не только преобразование переменного тока в постоянный, но и постоянного тока в переменный. В 1940 г. для Московского метрополитена были созданы ртутные вентили на 5000 А с единичной мощностью более 4000 кВт.
В 30-е годы в США (и практически сразу же в СССР) были созданы вентили нового типа - игнитроны. В игнитронах дуга возникает при каждом появлении на аноде положительного (по отношении к катоду) напряжения с помощью специальной системы зажигания. Зажигатель постоянно опущен в катод, ртутью он не смачивается, и при приложении к цепи зажигания достаточного напряжения возникает искровой пробой, затем образуется вспомогательная дуга, которая перебрасывается на анод, образуя главную дугу самостоятельного разряда. Зажигатель в игнитроне может выполнять роль сетки, меняя момент подачи напряжения в цепь зажигания относительно анодного напряжения, можно регулировать величину выпрямленного напряжения.
В 50-е годы был создан экзитрон - ртутный вентиль, в котором дуга зажигания создается только при включении вентиля, а вспомогательное катодное пятно поддерживается непрерывно вспомогательными анодами.
Первые в СССР ионные электроприводы для металлургической и металлообрабатывающей промышленности были спроектированы и внедрены Горьковским отделением института "Электропроект" и кафедрой ЭПА ГПИ в шестидесятых годах двадцатого века: электропривод блюминга 750 на заводе "Красное Сормово", электропривод стана 500 завода обработки цветных металлов (г. Киров), электроприводы главного движения мощных станков на ГАЗе и т.д. Примечательно, что на блюминге 750 ионный электропривод заменил паровую машину ! .
Ионный электропривод по сравнению с электромашинным (с системой Г - Д) является более экономичным, более быстродействующим. До ионного регулируемый электропривод представлял собой агрегат из трех (минимум!) электрических машин. К сети переменного тока подключался асинхронный (синхронный) электродвигатель, который осуществлял преобразование электрической энергии в механическую, вращая вал генератора постоянного тока. Генератор постоянного тока осуществлял обратное преобразование механической энергии в электрическую энергию постоянного тока и передавал ее электродвигателю постоянного тока. Наконец, электродвигатель постоянного тока осуществлял заключительное преобразование энергии: полученную от генератора электрическую энергию он преобразовывал в механическую энергию рабочей машины. Тройное преобразование - тройные потери электроэнергии: терялась чуть ли не половина энергии, потребленной из сети.
Ионный выпрямитель позволяет из электрической энергии переменного тока сразу получить необходимую для работы электродвигателя электрическую энергию постоянного тока. Уменьшается и мощность для управления процессом преобразования.
Но появились и новые недостатки. Постоянное по направлению и регулируемое по величине напряжение создается "вырезанием" из синусоиды переменного напряжения "кусков" соответствующей полярности и формы. В результате и постоянное напряжение является , по сути, пульсирующим, и переменное напряжение в питающей выпрямитель сети искажается. При больших мощностях это увеличивает потери в сети и создает помехи для других приемников электрической энергии. Для борьбы с этими вредными явлениями приходится принимать специальные меры. Наконец, всем известны ядовитые свойства ртути, а для нормальной работы ртутного выпрямителя толщина слоя ртути на катоде должна превышать 12 мм. (в вентиле не один килограмм ртути).
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 259; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!