전기 에너지의 생성, 변환, 분배 및 소비. 러시아의 전력 생산

요즘 세계에서는 전기 생산이 큰 역할을 하고 있습니다. 그것은 모든 국가의 국가 경제의 핵심입니다. 전기의 생산과 사용 및 관련 과학 연구에 매년 막대한 금액이 투자됩니다. 일상 생활에서 우리는 끊임없이 그 행동에 직면하므로 현대인은 생산과 소비의 기본 과정에 대한 아이디어를 가지고 있어야 합니다.

전기는 어떻게 얻나요?

전기는 특수 장치를 사용하여 다른 유형의 전기에서 생산됩니다. 예를 들어 운동에서. 이를 위해 기계적 작업을 전기 에너지로 변환하는 장치인 발전기가 사용됩니다.

이를 얻는 다른 기존 방법은 예를 들어 광전지 또는 태양 전지를 사용하여 빛 범위의 방사선을 변환하는 것입니다. 또는 화학 반응을 통해 전기를 생산하는 경우도 있습니다. 또는 방사성 붕괴 또는 냉각수의 잠재력을 사용합니다.

수력, 원자력, 화력, 태양열, 풍력, 지열 등 발전소에서 생산됩니다. 기본적으로 모두 동일한 방식으로 작동합니다. 1차 캐리어의 에너지 덕분에 특정 장치는 기계적(회전 에너지)을 생성한 다음 전류가 ​​생성되는 특수 발전기로 전송됩니다.

발전소의 주요 유형

대부분의 국가에서 전기의 생산 및 배급은 화력 발전소, 즉 화력 발전소의 건설 및 운영을 통해 수행됩니다. 이들의 운영에는 대량의 유기 연료 공급이 필요하며, 추출 조건은 해가 갈수록 복잡해지고 있으며 비용도 증가하고 있습니다. 화력발전소의 연비계수는 그리 높지 않고(40% 이내), 환경을 오염시키는 폐기물의 양이 많습니다.

이러한 모든 요소는 이 생산 방법의 전망을 감소시킵니다.

가장 경제적인 전기 생산은 수력 발전소(HPP)에서 이루어집니다. 효율성은 93%에 달하며, 1kW/h의 비용은 다른 방법보다 5배 저렴합니다. 이러한 발전소의 자연 에너지원은 사실상 무궁무진하며, 작업자 수는 최소화되고 관리가 쉽습니다. 우리나라는 이 산업 발전에서 인정받는 리더입니다.

불행하게도, 개발 속도는 대도시 및 고속도로로부터의 원격지, 하천의 계절적 체제 및 어려운 운영 조건과 관련된 수력 발전소의 심각한 비용과 긴 건설 시간으로 인해 제한됩니다.

또한 거대한 저수지는 환경 상황을 악화시킵니다. 저수지 주변의 귀중한 땅이 범람합니다.

원자력의 이용

오늘날 전기의 생산, 송전 및 사용은 원자력 발전소(NPP)에서 수행됩니다. 그들은 열과 거의 동일한 원리로 설계되었습니다.

가장 큰 장점은 필요한 연료량이 적다는 것입니다. 농축 우라늄 1kg은 석탄 ​​25,000톤의 생산성과 동일합니다. 이것이 바로 원자력 발전소가 이론적으로 인근 연료 자원의 가용성에 관계없이 어느 지역에나 건설될 수 있는 이유입니다.

현재 지구상의 우라늄 매장량은 광물 연료의 매장량보다 훨씬 많으며, 문제 없이 운영된다면 원자력 발전소가 환경에 미치는 영향은 최소화됩니다.

원자력 발전소의 크고 심각한 단점은 예측할 수 없는 결과를 초래하는 끔찍한 사고가 발생할 가능성이 있다는 점입니다. 따라서 중단 없는 운영을 위해서는 매우 심각한 안전 조치가 필요합니다. 또한 원자력 발전소의 전기 생산은 규제하기 어렵습니다. 이를 시작하고 완전히 중단하는 데 몇 주가 걸릴 것입니다. 그리고 유해 폐기물을 재활용하는 기술은 사실상 없습니다.

발전기 란 무엇입니까?

발전기 덕분에 전기의 생산과 송전이 가능하다. 이는 모든 유형의 에너지(열, 기계, 화학)를 전기 에너지로 변환하는 장치입니다. 작동 원리는 전자기 유도 과정을 기반으로 합니다. EMF는 자기장 내에서 움직이며 자기력선을 가로지르는 도체에서 유도됩니다. 따라서 도체는 전기 공급원 역할을 할 수 있습니다.

모든 발전기의 기본은 자기장을 형성하는 전자석과 이를 교차하는 도체 시스템입니다. 대부분의 교류 발전기는 회전 자기장의 적용을 기반으로 합니다. 고정된 부분을 고정자(Stator), 움직이는 부분을 로터(Rotor)라고 합니다.

변압기 개념

변압기는 전자기 유도를 사용하여 하나의 전류 시스템을 다른(2차) 시스템으로 변환하도록 설계된 전자기 정적 장치입니다.

1876년 최초의 변압기는 P. N. Yablochkov에 의해 제안되었습니다. 1885년에 헝가리 과학자들은 산업용 단상 장치를 개발했습니다. 1889-1891년. 3상 변압기가 발명되었습니다.

가장 간단한 단상 변압기는 강철 코어와 한 쌍의 권선으로 구성됩니다. 발전소 발전기는 6~24kW의 전압을 생산하기 때문에 전기의 분배 및 전송에 사용됩니다. 큰 값(110~750kW)으로 전송하는 것이 유리합니다. 이를 위해 발전소에는 승압 변압기가 설치됩니다.

전기는 어떻게 사용되나요?

가장 큰 비중은 산업 기업에 전기를 공급하는 것입니다. 제조업은 국내에서 생산되는 전체 전력의 최대 70%를 소비합니다. 이 수치는 기후 조건과 산업 발전 수준에 따라 지역마다 크게 다릅니다.

또 다른 비용 항목은 전기차 보급이다. 직류를 사용하는 도시, 도시 간 및 산업용 전기 운송 변전소는 EPS 전력망에서 작동합니다. AC 운송의 경우 발전소의 전력을 소비하는 강압 변전소가 사용됩니다.

전기 소비의 또 다른 부문은 유틸리티입니다. 여기의 소비자는 모든 거주지의 주거 지역에 있는 건물입니다. 여기에는 주택 및 아파트, 행정 건물, 상점, 교육 기관, 과학, 문화, 의료, 공공 요식업 등이 있습니다.

전기 전송은 어떻게 발생합니까?

전기의 생산, 전송 및 사용은 산업의 세 가지 기둥입니다. 더욱이, 받은 전력을 소비자에게 전달하는 것이 가장 어려운 작업이다.

주로 전력선, 즉 가공 전력선을 통해 "이동"합니다. 케이블 라인이 점점 더 자주 사용되기 시작했습니다.

전기는 거대한 발전소의 강력한 장치에 의해 생성되며, 그 소비자는 광대한 영토에 흩어져 있는 상대적으로 작은 수신기입니다.

증가함에 따라 발전소 건설에 드는 상대적 비용, 그에 따른 킬로와트시 비용이 감소하기 때문에 전력을 집중시키는 경향이 있습니다.

통일에너지단지

대규모 발전소를 유치하기로 한 결정에는 여러 가지 요인이 영향을 미칩니다. 이는 사용 가능한 자원의 유형 및 수량, 교통 접근성, 기후 조건, 단일 에너지 시스템에 포함 등입니다. 대부분의 경우 발전소는 대규모 에너지 소비 센터에서 멀리 건설됩니다. 상당한 거리에 걸친 전송 효율성은 광대한 영토에 걸친 단일 에너지 단지의 성공적인 운영에 영향을 미칩니다.

전기의 생산과 전송은 최소한의 손실로 이루어져야 하며, 그 주된 이유는 전선의 가열, 즉 도체의 내부 에너지 증가입니다. 장거리에 걸쳐 전력 전송을 유지하려면 전선의 전압을 비례적으로 높이고 전류를 줄여야 합니다.

전력선이란 무엇입니까?

수학적 계산에 따르면 전선의 열 손실량은 전압의 제곱에 반비례합니다. 그렇기 때문에 전력선, 즉 고전압 전력선을 사용하여 전기가 장거리로 전송됩니다. 전선 사이의 전압은 수십, 때로는 수십만 볼트에 이릅니다.

서로 가까이 위치한 발전소는 전력선을 사용하여 단일 에너지 시스템으로 결합됩니다. 러시아의 전기 생산과 송전은 수많은 발전소를 포함하는 중앙 집중식 에너지 ​​네트워크를 통해 수행됩니다. 통합 시스템 제어는 소비자에게 지속적인 전기 공급을 보장합니다.

약간의 역사

우리나라의 통일된 전력망은 어떻게 형성되었나요? 과거를 조사해 봅시다.

1917년까지 러시아의 전력 생산은 부족한 속도로 이루어졌습니다. 국가는 선진국에 비해 뒤쳐져 경제와 국방 능력에 부정적인 영향을 미쳤습니다.

10월 혁명 이후 러시아 전기화 프로젝트는 G. M. Krzhizhanovsky가 이끄는 러시아 전기화 국가위원회(약칭 GOELRO)에 의해 개발되었습니다. 200명이 넘는 과학자와 엔지니어가 그녀와 협력했습니다. 통제는 V.I.

1920년에는 10~15년을 목표로 하는 "RSFSR의 전기화 계획"이 준비되었습니다. 여기에는 이전 에너지 시스템의 복원과 현대식 터빈과 보일러를 갖춘 30개의 새로운 발전소 건설이 포함되었습니다. 이 계획의 주요 아이디어는 국내의 거대한 수력 자원을 활용하는 것입니다. 전체 국가 경제의 전력화와 급진적인 재건이 구상되었습니다. 국가 중공업의 성장과 발전에 중점을 두었습니다.

유명한 GOERLO 계획

1947년 이후 소련은 유럽 최초이자 세계 두 번째 전력 생산국이 되었습니다. 국내 경제 전체가 최단 시간 내에 형성된 것은 GOELRO 계획 덕분이었습니다. 국가의 전기 생산과 소비는 질적으로 새로운 수준에 도달했습니다.

이 계획의 이행은 국가의 높은 수준의 과학 인력, 혁명 이전 시대부터 보존된 러시아의 물질적 잠재력, 정치 및 경제 권력의 중앙 집중화, 러시아 국민의 능력 등 여러 가지 중요한 요소의 조합 덕분에 가능해졌습니다. "상위"를 믿고 선언 된 아이디어를 구현합니다.

이 계획은 소련의 중앙집권적 권력과 정부 체제의 효율성을 입증했습니다.

계획 결과

1935년에 채택된 프로그램이 실행되어 초과되었습니다. 계획된 30개 발전소 대신 40개 발전소가 건설되었으며 계획에 따라 제공되는 것보다 거의 3배 더 많은 용량이 도입되었습니다. 10만kW 규모의 발전소 13개가 건설됐다. 러시아 수력 발전소의 총 용량은 약 700,000kW였습니다.

이 기간 동안 세계적으로 유명한 드니프르 수력 발전소와 같이 전략적으로 중요한 가장 큰 물체가 세워졌습니다. 전체 지표 측면에서 볼 때, 통일 소비에트 에너지 시스템은 신세계와 구세계의 가장 선진국에서 유사한 시스템을 능가했습니다. 당시 유럽 국가의 전력 생산은 소련 지표보다 크게 뒤처졌습니다.

농촌 개발

혁명 이전에 러시아 마을에 전기가 거의 없었다면 (대규모 토지 소유자가 설치 한 소규모 발전소는 포함되지 않음) GOELRO 계획의 실행으로 전기 사용 덕분에 농업은 발전에 새로운 자극을 받았습니다. . 제분소, 제재소, 곡물 청소 기계에 전기 모터가 등장하여 산업 현대화에 기여했습니다.

또한 전기는 마을 사람들과 마을 사람들의 삶에 확고하게 들어와 문자 그대로 "어두운 러시아"를 어둠에서 찢어 냈습니다.

전기 에너지의 전송 및 분배는 내부(상점) 및 외부의 전기 네트워크를 통해 수행됩니다. 외부 네트워크는 종종 상점 간 네트워크(전원 공급 장치 3UR, 2UR 및 개별 RP-10kV) 또는 백본(6UR, 5UR에서 4UR까지의 터널 및 블록을 통한 전원 공급 장치)이라고 합니다. 산업 기업에서 최대 1kV의 외부 네트워크는 배포가 제한되어 있습니다(주로 실외 조명 네트워크).

부설은 절연 및 비절연(나선) 전선(주로 가공 전력선)을 사용하여 수행됩니다. 절연 전선보호됩니다. 금속 또는 기타 껍질이 전기 절연체 위에 배치되어 절연체가 기계적 손상으로부터 보호됩니다. 절연 도체: 전선, 케이블 및 코드. 노출된 전선:알루미늄, 구리, 강철 버스바, 도체, 트롤리 및 나선.

네트워크의 경우, 대기 조건의 영향과 산업 배출물에 포함된 화합물의 영향에 대한 우수한 저항성을 제공하는 얇은 산화막으로 코팅된 단단한 구리가 사용됩니다. 이러한 목적으로 사용되는 경질 알루미늄도 필름으로 덮여 있지만 바다 근처 및 산 생산 또는 사용과 관련된 여러 산업 분야에서 부식되기 쉽습니다. 전기 저항이 크고 설치 및 작동 특성이 열악하지만 구리에 비해 비용이 저렴하여 적용 범위가 결정됩니다. 강철 도체는 아연 도금 처리되어야 합니다(최대 0.4% 구리 첨가제). 이는 저렴한 비용으로 인해 낮은 부하(농촌 네트워크에서)에 사용됩니다. 기계적 하중을 받는 강선의 외부가 전해 구리 또는 알루미늄 층으로 코팅된 바이메탈 제품을 사용하는 것이 바람직합니다.

전원 공급 시스템의 전기 전송은 다음과 같이 수행됩니다.

1) 가공선 - 야외에 위치한 전선을 통해 전기를 전송하고 분배하는 장치이며 절연체와 부속품을 사용하여 지지대 또는 브래킷, 건물 및 엔지니어링 구조물(교량, 육교, 육교 등)의 랙에 부착됩니다.

2) 케이블 라인 - 연결, 잠금 및 끝 연결 장치(단자)와 패스너가 있는 하나 이상의 병렬 케이블로 구성된 전기 전송 장치.

3) 도체 - 노출 또는 절연 도체 및 관련 절연체, 보호 쉘, 조명 장치, 지지 또는 지지 구조물로 구성된 전기 전송 및 배전용 장치

4) 전기 배선 - 보호 구조 및 부품을 지원하는 관련 고정 장치가 있는 전선 및 케이블 세트입니다.

전기 하수 장치 도체의 단면적은 다음과 같이 선택됩니다. a) 30분 동안 최대 전류로 가열(정상, 비상 후, 수리 모드 고려) b) 경제적 전류 밀도에 따라; c) 단락 중 동적 작용 및 가열 조건에 따라.

가열 및 경제적인 전류 밀도 j eq에 대한 정규화된 값은 PUE에 의해 결정됩니다. 경제적 전류 밀도를 기준으로 선택하지 마십시오. 산업 기업 네트워크 및 최대 1kV의 구조 티 최대최대 4000-5000; 최대 1kV의 전압을 갖는 개별 전기 수신기 및 안정기로 분기됩니다. 산업 기업, 주거용 및 공공 건물의 조명 네트워크; 모든 전압의 옥외 개폐 장치 및 3차 배전 개폐 장치용 모선 및 모선; 임시 구조물 네트워크 및 서비스 수명이 3-5년인 장치.

단락 모드에서 1kV를 초과하는 전기 설비에서는 다음 사항을 확인해야 합니다. a) 케이블 및 기타 도체, 도체 및 이를 지지하고 지지하는 구조; b) 1kV 미만의 전기 설비에서 단락 전류의 동적 작용으로 인해 전선이 휘핑되는 것을 방지하기 위해 50kA 이상의 단락 충격 전류를 갖는 가공선 - 도체, 배전반 및 전원 캐비닛에만 해당됩니다. 단락 전류에 대한 저항성은 설계 조건 하에서 전기적, 기계적 손상이나 변형 없이 이러한 전류의 영향을 견디는 전기 전송 요소입니다.

1kV 이상의 전압에서 단락 모드에 따라 다음 요소는 확인되지 않습니다.

인서트가 있는 퓨즈로 보호됩니다(전기역학적 저항 - 최대 60A 인서트의 정격 전류 및 이에 관계없이 열 저항용).

총 전력이 최대 2.5 MVA이고 더 높은 전압이 최대 20 kV인 작업장 변압기를 포함하여 개별 수신기에 대한 회로에서 [다음 조건이 동시에 충족되는 경우: a) 필요한 정도의 중복성이 전기 또는 지정된 수신기를 차단해도 기술 프로세스가 중단되지 않도록 설계된 기술 부품, b) 단락 중 도체 손상이 폭발이나 화재를 일으킬 수 없음, c) 큰 어려움 없이 도체를 교체할 수 있음]

무책임한 개인 수신기의 지휘자,

가공선 전선;

특정 조건에서의 전류 및 전압 변압기

단락 중 도체의 가열 온도는 다음 최대 허용 값인 °C를 초과해서는 안 됩니다.

구리 300

알루미늄 200

절연 케이블:

최대 10kV 200 전압용 용지

폴리염화비닐고무 150

폴리에틸렌 120

전기 및 열 에너지의 생산(생성), 분포 및 소비는 그림 1에 개략적으로 표시되어 있습니다. B.1,a. 발전소전기 에너지를 생산(또는 생성)하고, 난방 발전소는 전기 및 열 에너지를 생산합니다. 발전소는 전기 또는 열에너지로 변환되는 1차 에너지원의 종류에 따라 화력(CHP), 원자력(NPP), 수력(HPP)으로 구분됩니다. 화력 발전소에서 주요 에너지원은 유기 연료(석탄, 가스, 석유)이고, 원자력 발전소에서는 우라늄 정광이며, 수력 발전소에서는 물(수력 자원)입니다. 화력 발전소는 전기만 생산하는 응축 화력 발전소(응축 발전소 - CES 또는 주 지구 발전소 - GRES)와 전기와 열을 모두 생산하는 난방 발전소(CHP)로 구분됩니다.

전기 및 열 에너지의 생산, 분배 및 소비 계획

화력발전소, 원자력발전소, 수력발전소 외에도 다른 유형의 발전소(양수발전소, 디젤발전소, 태양광발전소, 지열발전소, 조력발전소, 풍력발전소)가 있습니다. 그러나 그들의 힘은 작습니다.

발전소의 전기 부분다양한 주장비와 보조장비를 포함합니다. 전기 생산 및 배전을 위한 주요 장비는 다음과 같습니다. 동기 발전기,전기 생산(화력 발전소에서 – 터보 발전기); 부스바,발전기로부터 전기를 받아 소비자에게 분배하도록 설계되었습니다. 스위칭 장치 - 스위치,정상 및 비상 상황에서 회로를 켜고 끌 수 있도록 설계되었으며, 단로기,전기 설비의 전원이 차단된 부분에서 전압을 제거하고 회로에 눈에 띄는 차단을 생성하도록 설계되었습니다(단로기는 일반적으로 설비의 작동 전류를 차단하도록 설계되지 않았습니다). 자신의 필요에 맞는 전기 수신기(펌프, 팬, 비상 전기 조명 등). 보조 장비측정, 경보, 보호, 자동화 기능 등을 수행하도록 설계되었습니다.

에너지 시스템 (에너지 시스템)(그림 B.1,a)는 발전소, 전기 네트워크 및 전기 소비자로 구성되며 전기 및 열 에너지의 지속적인 생산, 분배 및 소비 과정에서 공통 모드로 상호 연결되고 이 모드의 일반적인 관리를 수행합니다.

전력(전기) 시스템(그림 B.1, b)는 정권의 공통성과 전기 생산, 분배 및 소비 과정의 연속성에 의해 연결된 발전소, 전기 네트워크 및 전기 소비자의 전기 부품 세트입니다. 전기 시스템은 난방 네트워크와 열 소비자를 제외하고 에너지 시스템의 일부입니다. 전기 네트워크 -이는 변전소, 개폐기, 가공선 및 케이블 전력선으로 구성된 전기 에너지 분배용 전기 설비 세트입니다. 전기 네트워크는 발전소에서 소비자에게 전기를 분배합니다. 전력선(가공 또는 케이블) – 전기를 전송하도록 설계된 전기 설비.

초보 운영 인력을 위한 첫 번째 방법론 가이드에서는 화력 발전소의 전기 생산 원리를 조사했습니다. 이번 장에서는 발전소에서 소비자에게 전기를 전송할 때 장비 작동의 주요 프로세스와 특징을 살펴보겠습니다.

대부분의 경우 발전기에서 나오는 전기는 승압 변압기를 사용하여 즉시 더 높은 전압의 전기로 변환되고 소비자에서는 강압 변압기를 사용하여 더 낮은 전압의 전기로 변환됩니다. 이 작업이 수행되는 이유는 무엇입니까? 대부분의 화력 발전소의 발전기 전압은 6-10kV이고 대형 발전기의 경우 15-20kV입니다. 전기를 전송하거나 더 간단히 말하면 이러한 전압의 전력을 장거리에 전송하는 것은 두 가지 이유로 경제적으로 수익성이 없습니다.

• 1. 손실이 너무 큽니다(전압이 높을수록 전기 손실이 줄어듭니다. 이에 대해서는 "전력 손실" 섹션에서 자세히 설명합니다).
• 2. 대역폭이 낮기 때문입니다.

누구든지 기억한다면 특정 단면의 각 도체는 일정량의 전류를 전달할 수 있으며 이 값을 초과하면 도체가 가열되기 시작하여 단순히 녹습니다. 총 전력 S=v3UI(U - 전압, I - 전류) 공식을 보면 동일한 양의 전송 전력에 대해 선간 전압이 높을수록 흐르는 전류의 양이 적어진다는 것을 쉽게 추측할 수 있습니다. 그것. 따라서 예를 들어 110kV 라인 하나를 따라 전송되는 전력을 10kV 라인을 사용하여 전송하려면 110kV 라인과 동일한 단면의 와이어로 10개의 10kV 라인을 구축해야 합니다. 발전소가 소비자 근처에 있는 경우(예: 대형 발전소) 전기를 전송하기 위해 전압을 높일 필요가 없으며 발전기 전압으로 소비자에게 공급되므로 변압기가 절약됩니다. 그런데, 전기와 전력의 차이점은 무엇입니까? 아무것도 아님. 전력은 전기 에너지의 순간적인 값으로 와트, 킬로와트, 메가와트(W, kW, MW)로 측정되며, 전기 에너지는 단위 시간당 전송되는 전력량으로 킬로와트시(kWh)로 측정됩니다. ,) . 전기를 한 전압에서 다른 전압으로 변환하는 단위를 변압기라고 합니다.

변압기의 작동 원리 및 설계

이미 말했듯이 변압기는 한 전압의 전력을 다른 전압의 전력으로 변환하는 역할을 합니다. 어떻게 이런 일이 발생합니까? 3상 변압기는 전기 강판으로 만들어지고 동일한 가로 막대(요크라고 함)로 상단과 하단이 연결된 3개의 수직 막대로 구성된 자기 회로(코어)입니다. 절연 구리선으로 만들어진 원통형 코일 형태의 저전압 및 고전압 권선이 막대에 놓입니다. 에너지 산업에서는 변압기에 권선이 두 개 있는 경우, 즉 전압이 두 개만 있는 경우 이러한 권선을 고전압 및 저전압이라고 합니다. 3권선 변압기에는 중간 전압 권선도 있습니다. 권선은 다음 순서로 로드에 배치됩니다. 먼저 저전압 권선(자기 코어에 가장 가깝습니다), 다음으로 중전압 권선을 배치한 다음 고전압 권선, 즉 세 개의 권선을 배치합니다. 변압기에 3개의 권선과 2개의 권선이 있는 경우, 변압기에 2개의 권선이 있는 경우 각 막대에. 단순화를 위해 두 개의 권선 변압기의 작동을 고려해 보겠습니다. 하나의 막대의 권선이 위상을 형성합니다. 각 권선의 시작 부분에는 전력이 변압기에 들어오고 나가는 라인 리드가 연결됩니다. 전력이 변압기로 들어가는 권선을 1차 권선이라고 하고, 변환된 전력이 2차 권선에서 나가는 권선을 말합니다. 전력이 저전압 권선으로 들어가고 고전압 권선에서 나가는 경우 변압기를 승압 변압기라고 합니다. 반대로, 전력이 더 높은 전압 권선에 들어가고 더 낮은 전압 권선에서 나가는 경우 변압기를 강압 변압기라고 합니다. 디자인은 다르지 않습니다. 고전압 권선과 저전압 권선의 끝은 다르게 연결됩니다. 고전압 권선의 끝은 서로 연결되어 별을 형성하며 중성이라고도 합니다(이유는 나중에 살펴보겠습니다). 저전압 권선의 끝은 영리한 방식으로 연결됩니다. 즉, 각 권선의 끝은 다른 권선의 시작 부분에 연결되어 다이어그램에서 확장하면 선형 단자가 있는 꼭지점에 삼각형을 형성합니다. 연결되었습니다. 고전압 권선과 저전압 권선이 다르게 연결되는 이유는 무엇입니까? 순전히 경제적인 이유 때문입니다. 전류와 전압은 위상과 선형으로 구분됩니다. 위상 A-B, B-C 및 C-A 사이의 전압을 선형이라고 하며 위상 간 전압이라고도 합니다. 상전압은 각(개별) 상과 접지 사이의 전압, 또는 변압기의 경우 변압기의 중성점 사이의 전압입니다. 상전압은 선형전압의 v3배(1.73배)이다. 변압기 권선 연결의 예를 사용하여 선형 및 위상 전류를 고려하는 것이 좋습니다. 라인의 각 위상을 통해 흐르는 전류를 선형이라고 합니다. 변압기나 전기모터의 각 상의 권선에 흐르는 전류를 상(Phase)이라고 합니다. 이 장치의 권선이 별 모양으로 연결된 경우 선상과 별 상 모두의 선형 전류는 동일합니다(별과 선을 그리면 즉시 지워집니다). 즉, 권선이 별 모양으로 연결되면 선형 전류는 위상 전류와 같습니다. 권선이 삼각형으로 연결되면(그리기) 삼각형의 정점에 접근하는 선의 전류가 두 권선을 통해 어떻게 분기되는지 확인할 수 있습니다. 여기서 위상 전류는 선형 전류와 같지 않고 그보다 작습니다. 위상 전류와 전압은 선형보다 v3배(1.73배) 적습니다. 권선이 별 모양으로 연결되면 권선을 통해 흐르는 전류는 선전류와 같고, 이 권선의 전압은 위상 전압과 같습니다. 그리고 권선이 삼각형으로 연결되면 권선을 통해 흐르는 전류는 위상 전압과 같고 각 권선의 전압은 선형 전압과 같습니다. 예를 들어 110kV의 전압이 공급되는 변압기의 권선이 먼저 별에 연결된 다음 삼각형에 연결된 경우 첫 번째 경우 (별인 경우) 권선에 적용된 전압 각 위상의 전압은 63kV이고 두 번째 경우(삼각형)는 110kV입니다. 결과적으로 권선이 삼각형으로 연결되면 권선의 절연이 더 커져야 하므로 비용이 더 많이 듭니다. 전류의 경우 그 반대입니다. 권선이 삼각형으로 연결된 경우 이를 통해 흐르는 전류는 별 모양으로 연결된 경우 동일한 권선을 통해 흐르는 전류보다 v3배 적습니다. 전류가 낮으면 권선의 단면적이 더 작아지고 권선이 더 저렴해집니다. 낮은 전압 측의 전류가 높은 전압 측의 전류보다 크기 때문에(따라서 권선의 단면적이 더 크기 때문에) 삼각형으로 연결된 것은 저전압 권선입니다. 전압이 높을수록 절연 비용이 더 비쌉니다. 이것이 고전압 권선이 별 모양으로 연결된 이유입니다. 정격 전류 및 정격 전압과 같은 개념도 있습니다. 정격 전류는 절연을 위한 허용 온도 이상으로 과열되지 않고 도체를 통해 오랫동안 흐를 수 있는 최대 전류입니다. 정격 전압은 절연체가 손상(파괴)될 위험 없이 도체에 연속적으로 적용되는(도체에 영향을 미치는) 접지(상 전압) 또는 이 장비의 다른 상(선간 전압)에 상대적인 최대 전압입니다. 각 장비에 대해 제조업체는 도체의 정격 전류 및 전압을 표시합니다.

여기 있습니다. 변압기의 1차 권선에 전력이 공급되면 이를 통해 흐르는 전류(권선을 통해)는 권선이 장착된 자기 코어에 교번 자속을 생성하여 소위 기전력( emf) 2차 권선에서 ). E.m.f는 전력과 동일합니다. 이것이 전자기 통신의 도움으로 변압기를 통해 전력이 전송되는 방법입니다. 이것을 전기 통신과 혼동하지 마십시오. 전기 연결(금속이라고도 함)은 공극 없이 도체를 통해 전력이 전송되는 경우입니다. 1차 전압과 2차 전압 사이의 관계와 권선의 회전 수는 다음 공식에 의해 결정됩니다.

U1 / U2 = w1 / w2

여기서 U1과 w1은 1차 권선의 전압과 권수이고, U2와 w2는 각각 2차 권선입니다. 따라서 1차 권선과 2차 권선의 권선 수를 선택하면 원하는 2차 전압을 얻을 수 있습니다. 가장 높은 전압과 가장 낮은 전압의 값의 비, 또는 고전압 권선과 저전압 권선의 감은 수의 비(동일한 것)를 변압기의 변압비라고 합니다. 변환 계수는 항상 1보다 큽니다(추측할 수 있음). 한 전압의 전력을 다른 전압의 전력으로 변환하는 역할을 하는 변압기를 전력 변압기라고 합니다. 전류 및 전압 변압기도 있습니다. 이러한 변압기를 측정 변압기라고 합니다. 이는 전류 및 전압 측정 장비에 전력을 공급하도록 설계되었지만 릴레이 보호, 자동화 및 측정 섹션에서 자세히 설명합니다. 전력 변압기를 통과하는 전력량은 변하지 않으며(변환 중 사소한 손실을 제외하는 경우) 전류 및 전압 값만 변경됩니다. 전력 공식 S = v3UI를 기억하면 변환 중에 전압이 몇 번 변하는지에 따라 전류가 반대 방향으로, 즉 변압기 후 전압이 증가한 경우에만 동일한 양만큼 변한다는 것을 추측하는 것은 어렵지 않습니다. 10배, 그 후 전류는 10배 감소했습니다. 이것이 (전류를 줄이기 위해) 장거리 전송을 위해 발전소의 전압을 높이는 이유입니다. 변압기는 건식 또는 유성 변압기입니다. 건식 변압기(TS 시리즈)는 실내 응용 분야를 위한 공냉식 변압기입니다. 디자인은 가장 단순하며 권선이 있는 자기 코어는 방 바닥의 절연체 위에 서 있고 금속 메쉬 케이스로 덮여 있습니다. 생성된 열은 주변 공기에 의해 제거됩니다. 건식 변압기는 최대 10kV의 전압용으로 생산되며 주로 발전소의 내부 요구에 사용됩니다. 업계에서는 오일 변압기가 주로 사용됩니다(TM, TD, TDT, TC 시리즈. 문자 M, D, DT 및 Ts는 오일 냉각 및 순환 방법을 의미함). 오일 변압기에서 권선이 있는 자기 코어는 냉각 역할을 하는 동시에 자기 코어와 권선을 절연하는 변압기 오일로 채워진 밀봉된 하우징에 배치됩니다. 하우징 상단에는 변압기 하우징 내부 오일량의 온도 변화 동안 하우징을 보충하고 하우징에서 오일을 받는 역할을 하는 팽창 탱크가 있습니다. 오일 변압기 하우징의 측면에는 오일을 냉각시키는 역할을 하는 오일 라디에이터가 있습니다. 하우징 내부와 라디에이터 외부의 온도차의 영향으로 오일은 외부 공기에 의해 냉각되면서 라디에이터를 통해 지속적으로 순환합니다. 이를 자연 냉각, 자연 오일 순환(냉각 시스템 M)이라고 합니다. 이 냉각 시스템은 최대 10MW의 변압기에 사용됩니다. 10MW 이상의 전력을 가진 변압기에서는 냉각 효율을 높이기 위해 팬으로 오일 라디에이터를 불어냅니다. 이 냉각 시스템은 D - 자연 순환 및 강제 송풍 기능을 갖추고 있습니다. 오일을 더욱 효율적으로 냉각하기 위해 펌프로 오일을 순환시키는 동시에 팬으로 라디에이터를 불어냅니다. 이 냉각 시스템은 강제 오일 순환 및 강제 송풍 기능이 있는 DC 유형이며 용량이 100MW 이상인 변압기에 사용됩니다. 오늘날 가장 효율적인 시스템은 강제 오일 순환과 오일 라디에이터의 수냉식을 갖춘 C 시스템입니다. 500MW 이상의 변압기에 사용됩니다.

기술 문헌에서는 변압기의 또 다른 특성이 종종 발견됩니다. 이는 Uk%이며, 이는 단락 전압(%)으로 변환됩니다. 전압 Uк%는 변압기의 권선 중 하나에 인가되는 전압으로, 정격 전류가 다른 단락 권선을 통해 흐릅니다(단, 이때 정격 전류도 첫 번째 권선을 통해 흐릅니다). Uк%는 변압기 권선의 전체 저항을 특성화하며 다양한 네트워크 작동 모드에서 변압기 뒤의 전류를 계산할 때 사용됩니다.

전력 변압기는 주로 3상 버전으로 생산됩니다. 강력한 변압기(500 MVA 이상)는 이러한 전력의 3상 변압기가 설치 현장에 전달할 수 없는 크기이기 때문에 단상 버전으로 생산됩니다. 변압기는 2개의 권선(HV, LV), 3개의 권선(HV, MV, LV) 및 분할 권선으로 제공됩니다. 분할 권선 변압기에는 두 개의 동일한 저전압 권선이 있습니다. 이 작업이 수행되는 이유는 무엇입니까? 분할 권선이 있는 변압기는 Uk%(권선 저항)가 증가하므로 연결 수가 많은 개폐 장치에 전원을 공급하는 데 사용하는 것이 더 좋습니다. 스위치기어는 2개의 섹션(각각 하나의 변압기)이 아닌 4개의 섹션으로 구성됩니다. 하나의 변압기가 두 섹션에 전력을 공급합니다(각 권선은 별도의 섹션에 전력을 공급함). 따라서 두 개의 섹션이 있고 각 섹션에 두 개의 권선 변압기로 전원이 공급되는 경우에 비해 섹션의 단락 전류를 절반으로 줄입니다.

변압기 전압 조절

이미 말했듯이 변압기의 2차 권선 전압은 1차 또는 2차 권선의 권선 수를 변경하여 변경할 수 있습니다. 전력 변압기에서는 고전압 권선의 권선 수를 변경할 수 있습니다. 이를 위해 고전압 권선의 권선 중 일부에는 조정 분기가 있으며 이를 통해 고전압 권선의 권선 수를 추가하거나 줄일 수 있습니다. 고전압 권선의 감은 수를 줄임으로써 1차 권선(강압 변압기)인 경우 권선의 저항이 감소하므로 변압기 코어의 전류 및 자속이 증가하므로 변압기의 전압이 증가합니다. 이 경우 2차측인 저전압 권선이 증가합니다. 그 반대. 고전압 권선의 권선 수를 늘리면 권선의 저항이 증가하므로 변압기 코어의 전류 및 자속이 감소하고 따라서 저전압 권선의 전압이 감소합니다.

승압 변압기의 경우, 저전압 권선이 1차 권선이고, 고전압 권선이 2차 권선인 경우, 자속의 증가로 인한 것이 아니라 2차 권선의 전압이 상승하는 과정이 발생하며, 그러나 2차 권선, 즉 전압이 더 높은 권선의 권선 수가 증가했기 때문입니다.

특히 고전압 권선에서 전압 조정이 수행되는 이유는 탭 스위치의 설계를 고려한 후에 명확해집니다. 오일 변압기에는 PBB와 OLTC의 두 가지 유형의 탭 스위치가 사용됩니다. PBB 스위치는 여자 없는 스위칭, 즉 스위치가 꺼진 변압기에서 스위칭하는 것을 의미하며 권선 분기에 연결된 고정 접점과 주 권선에 연결된 이동 접점 시스템입니다. 이동 접점은 드럼 형태로 장치에 위치하며, 변압기 덮개에 있는 구동 핸들을 사용하여 돌리면 고전압 권선의 회전 수가 변경됩니다. PBB 스위치를 사용하여 변압기를 꺼야하기 때문에 이러한 방식으로 전압을 조절하는 것이 불편한 경우가 많기 때문에 계절별 전압 조절은 주로 인접한 네트워크의 부하가 변경될 때, 즉 겨울철에 수행됩니다. 여름(겨울에는 부하가 더 많아 네트워크의 전압 강하가 더 커지고 전압을 높여야 함을 의미함).

빈번한 전압 조정을 위해 부하시 탭 변환기 스위치가 변압기에 설치되어 있으며 이는 부하에 따른 조정을 의미합니다. 부하시 탭 변환기를 사용하면 변압기를 끄거나 변압기에서 부하를 제거하지 않고도 전압을 조절할 수 있으므로 설계가 탭 변환기보다 더 복잡합니다. 한 분기에서 다른 분기로 이동 접점을 전환할 때 권선 전류 회로에 단선이 없도록 하기 위해 부하시 탭 변환기에는 각 위상(메인 및 션트)에 대해 두 개의 이동 접점이 있고 한 분기에서 다른 분기로의 전환이 발생합니다. 두 단계로 이루어집니다. 먼저 주 접점이 새 분기로 전환되고 그 다음 션트 접점이 전환됩니다. 그리고 주 접점이 이미 새 분기에 있고 션트 접점이 기존 접점에 남아 있는 순간 이러한 접점 사이에 있는 회전이 단락되지 않도록 션트 접점 회로에 특수 저항이 설치되고 전류는 주 접점과 션트 접점에 의해 형성된 단락 회로를 통해 흐르지 않습니다. 부하시 탭 변환기는 권선이 있는 자기 회로가 있는 공통 변압기 탱크가 아니라 고전압 권선의 분기가 나오는 별도의 구획에 설치됩니다. 이는 부하 상태에서 전환할 때 접점 사이에 전기 아크가 발생하여 비록 미미하지만 수소가 방출되면서 오일이 분해되기 때문입니다. 그리고 부하시 탭 절환장치가 일반 탱크에 있는 경우 변압기의 가스 릴레이에 수소가 지속적으로 축적되어 가스 보호가 불필요하게 활성화됩니다(이에 대해서는 릴레이 섹션에서 자세히 설명합니다). 보호 및 자동화). 부하시 탭 변환기는 제어 키를 사용하거나 2차 권선의 전압 변화에 반응하는 자동 AVR(자동 전압 조정)을 사용하여 원격으로 전환할 수 있습니다.

건식 변압기에는 탭 스위치가 없으며 권선의 주요 부분을 추가 권선으로 연결하는 각 상의 권선에 특수 금속판을 다시 연결하여 권선 수를 변경합니다.

자동 변압기

자동 변압기는 서로 다른 전압의 개폐 장치를 연결하는 데 사용됩니다. 자동 변압기는 중간 전압 권선이 없다는 점에서 3권선 변압기와 다릅니다. 평균 전압은 권선의 더 높은 전압 부분에서 가져옵니다. 결국, 별 모양으로 연결된 변압기 권선에서 권선 시작 시 최대 전압은 중성점을 향해 매 회전할 때마다 감소하여 마지막 회전 후 중성점에서 완전히 0으로 떨어질 때까지 감소합니다. 자동 변압기의 고압 권선이 만들어지는 것은 이러한 원리에 기초합니다. 예를 들어, 220/110/10kV 전압의 단권 변압기에서는 고전압 권선(220kV)의 중간 어딘가에 110kV의 전압에 해당하는 분기가 만들어지며, 이는 다음과 결합된 중전압 권선입니다. 고전압 권선 (또는 그 일부). 따라서 자동 변압기는 동일한 전력의 3권선 변압기보다 크기가 작고 저렴합니다. 부하시 탭 변환기 스위치를 사용하여 전압 조정을 활성화하기 위해 고전압 권선(변압기처럼)에는 여러 가지 분기가 있습니다.

PTE에서는 변압기 권선의 특정 분기에 대한 허용 전압과 같은 개념을 찾을 수 있습니다. 이것을 이해하는 방법과 허용되는 응력을 어디서 얻을 수 있습니까? 이 섹션의 시작 부분에서 이미 말했듯이 별 모양으로 연결된 변압기 권선의 경우 중성점을 향해 회전할 때마다 전압이 감소합니다. 이와 관련하여 각 회전마다 또는 오히려 각 분기가 중립을 향할 때마다 절연도 감소합니다(비용 절감을 위해). 따라서 각 분기에는 고유한 허용 전압이 있습니다. 그리고 이 전압은 변압기 고리 표, 공장 지침 또는 최악의 경우 변압기에 부착된 플레이트에서 확인할 수 있습니다.

주거 지역의 산업 기업이 필요로 하는 전기 에너지는 발전소에서 생산됩니다. 이 발전소에서는 물, 연료, 원자력 등의 에너지가 변환됩니다. 전기에너지로. 이러한 에너지 변환 과정에서는 두 가지 주요 단계로 구분할 수 있습니다. 첫째, 다양한 유형의 엔진의 1차 에너지가 기계 에너지로 변환되고, 다음으로 전자기 발전기의 기계 에너지가 전기 에너지로 변환됩니다.

발전소는 변환된 자연에너지의 종류에 따라 수력, 화력, 원자력 등으로 구분되며, 전력(및 목적)에 따라 지역형, 지역형이라고 합니다. 지역 발전소는 지역 발전소와 달리 범위가 제한되어 있고 전력이 상대적으로 낮습니다.

지역 발전소에는 3상 교류 발전기가 설치되어 있습니다. 지역 스테이션에는 DC 발전기가 있을 수도 있습니다.

화력 발전소의 주요 유형은 일반적으로 소비자로부터 상당한 거리에 있는 연료 현장(석탄, 이탄, 셰일, 가스 등)에 건설되는 증기 터빈 발전소입니다.

전기 에너지만 생산하는 증기 터빈 스테이션을 화력 발전소(TES)라고 합니다. 터빈에서 배출된 증기는 특수 장치에서 응축되어 보일러로 다시 공급됩니다. 따라서 이러한 스테이션을 종종 응축 스테이션이라고 합니다. 응축 발전소의 단순화된 다이어그램이 그림 8.1.1에 나와 있습니다.

보일러에서 나오는 증기 에게 24MPa의 압력과 838°K의 온도에서 파이프라인을 통해 터빈으로 들어갑니다. 티,여기서 증기 내부 에너지의 상당 부분이 터빈 로터의 기계적 에너지로 변환됩니다. 터빈에서 증기는 열교환기 응축기로 들어갑니다. 크르,흐르는 물에 의해 냉각되고 응축되는 곳. 원심펌프를 이용한 응축수 N다시 보일러에 들어갑니다.

발전기 터빈의 기계적 에너지 G전기에너지로 변환되어 고압선과 배전망을 통해 소비자에게 공급됩니다. 변환, 전송 및 분배 과정에서 에너지 손실 다이어그램은 그림 8.1.2에 나와 있습니다.

보일러에 들어가는 연료의 에너지를 100%로 한다. 현대식 증기 보일러의 에너지 손실은 약 1.5%, 터빈에서는 55%, 발전기에서는 0.5%입니다. 발전기 에너지의 일부(3%)는 펌프, 다양한 메커니즘 및 조명의 전기 구동을 위한 스테이션 자체 요구 사항에 사용됩니다. 따라서 현대 증기터빈 발전소의 효율은 40%이다.

소비자에게 전기 에너지와 함께 증기와 온수를 동시에 공급하는 전기 열 스테이션이 있습니다. 이것이 소위 열병합발전소(CHP)입니다. 그들은 아직 완전히 소모되지 않은 증기를 예비적으로 선택할 수 있는 특수 가열 증기 터빈을 사용하고 이를 기업의 기술적 요구와 국내 요구에 맞게 사용합니다.

화력 발전소에서 증기는 응축형 발전소(0.05~0.06atm)보다 더 높은 압력(5~7atm)에서 터빈을 떠나기 때문에 증기 발생량은 1kg당 적습니다. 응축 발전소보다 증기가 더 많습니다. 연료의 발열량의 총 유용한 사용은 훨씬 더 크며 80%에 이릅니다. 그러나 화력발전소의 증기와 온수는 반경 12~15km 내에서만 파이프를 통해 소비자에게 전달될 수 있어 분포가 크게 제한됩니다.

원자력 발전소는 본질적으로 화력 발전소이지만 그 에너지 원은 중원소 원자핵이 분열하는 동안 방출되는 원자력입니다. 핵분열은 다량의 열이 방출되는 특수 장치, 즉 원자로에서 발생합니다. 원자력 발전소의 가장 간단한 다이어그램은 그림 8.1.3에 나와 있습니다.

리액터로 구성되어 있습니다. 아르 자형,증기 발생기 PG,터빈 티,발전기 G,열교환기-응축기 크르그리고 원심펌프 나.

원자로와 증기발생기는 생물학적으로 보호됩니다. BZ방사선으로부터. 원자로에서 방출된 열은 파이프를 통해 액체 또는 기체 냉각수를 사용하여 증기 발생기로 공급됩니다. 증기발생기에서는 펌프 I에 의해 터빈에서 나온 응축수가 펌핑되는 배관을 냉각수가 세척하고, 응축수는 다시 터빈으로 유입되는 증기로 변하며 펌프를 이용해 냉각수를 원자로로 되돌려 보냅니다. 기존의 화력발전소와 달리 원자력발전소는 방사성 냉각재의 폐쇄회로를 갖고 있다. 방사능이없는 두 번째 회로를 구성하는 터빈 및 기타 장비는 열 교환기-증기 발생기를 통해서만 첫 번째 회로에 연결됩니다.

원자로에는 다양한 유형이 있습니다. 예를 들어 Novovoronezh NPP에 설치된 원자로의 일부 데이터를 제시합니다. 높이가 이미 이상, 직경이 3.8m인 강철 실린더로 본체 벽의 두께는 12cm이고 질량은 200톤이다. 100 at의 압력 하에서 반응기를 통해 펌핑되는 물. 이 물은 269°C의 온도에서 반응기로 들어가고 300°C의 온도에서 나옵니다. 냉각수의 영향으로 증기 발생기에서 47atm 압력의 증기가 형성되어 증기 터빈에 공급됩니다.

원자력발전소와 재래식 화력발전소의 터빈과 발전기는 동일하다.

증기 터빈으로 구동되는 발전기를 터보 발전기라고 합니다. 증기 터빈은 빠릅니다. 로터가 주파수를 발생시킵니다. 피= 3000 min" 1 이상. 따라서 터보발전기의 회전자는 주파수를 생성한다. f = 50Hz에는 일반적으로 한 쌍의 극이 있습니다. 아르 자형:

수력 발전소(HPP)는 일반적으로 강 위에 건설됩니다(해조를 이용하는 발전소도 있습니다). 작동하려면 수위의 차이가 필요합니다. 이는 댐 건설을 통해 달성됩니다. 제방이 가파른 하천에는 높은 댐(수백m)이 건설되고, 제방이 경사진 평탄한 하천에는 상대적으로 낮은 댐(수십m)이 건설됩니다. 움직이는 물의 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 것은 유압 터빈에서 발생합니다. 수력 터빈의 회전 속도와 이에 연결된 발전기(수소 발생기)의 속도는 60~750분입니다." 1. 따라서 수력 발전기에는 여러 쌍의 극이 있어야 합니다. 예를 들어, 유압 Uglich 수력 발전소의 터빈은 62.5 min 1의 속도로 회전하며 발전기 로터에는 50Hz의 주파수를 보장하기 위해 48쌍의 극이 있습니다.

수력발전소를 건설하는 데 드는 비용은 화력발전소에 비해 훨씬 높지만, 이를 통해 생산되는 전기에너지는 화력발전소에 비해 훨씬 저렴합니다. 따라서 수력발전소 건설에 소요되는 대규모 자본 투자는 충분히 가치가 있습니다.

수력 발전소는 지역 발전소 네트워크가 적용되지 않는 소규모 산업 기업과 정착지를 위한 작은 강에 건설되는 경우 지역적으로 중요할 수도 있습니다. 그들의 전력은 일반적으로 수백 또는 수천 킬로와트를 초과하지 않습니다.

지역 스테이션에는 농업용으로 집단 농장과 국영 농장이 건설한 풍력, 기관차 및 디젤 스테이션이 포함됩니다.

CIS에는 세계 최대의 화력, 수력 및 원자력 발전소가 있습니다. 따라서 화력발전소와 원자력발전소의 용량은 400만kW에 달하고 크라스노야르스크 수력발전소의 용량은 640만kW에 이른다.