5 Қосалқы станция .5-сурет. Резервті автоматты қо- суды қолдану арқылы электрмеп жабдықтау сенімділігін арттыру схемасы

жойылады, демек олардың тұрақсыздығына байланысты энергия жүйесінің сенімділігін арттыруда АҚҚ елеулі роль атқаруда.

Резервті автоматты қосудың (РАҚ) қажеттілігі 5.5 суретте көрсетілген схемадан айқындала түседі. Айталық, қосалқы станцияның тұтынушылары (П₁—П₄) РАҚ-мен жабдықталған айырғыш арқылы екіге бөлінген станция шинасына қосылған делік.

Қалыпты жағдайда П₁, П₂ тұтынушылары бірінші синхронды генератордан (G₁), ал П₃, П₄ тұтынушылары екінші синхронды генератордан (G₂) электр энергиясын алады. Бір жағдаймен не бірінші, не екінші энергия көзінен қосалқы станцияның бір шинасына электр энергиясы берілмей қалса, онда РАҚ автоматты түрде шинаның электр энергиясы келіп тұрған бөлігін, екінші бөлігіне қосады да, барлық тұтынушылардың энергиямен жабдықталуын қамтамасыз етеді. Әрине, тұтынушыларды энергиямен тоқтаусыз қамтамасыз етуде мұндай РАҚ ерекше маңызды роль атқарады.

43 Билет

Электр энергетика жүйесінің негізгі қондырғылары.

Электр энергиясын электр станцияларында үш фазалы айнымалы ток синхронды генераторларында өндіріледі. Олар турбиналы генераторлар (алғашқы қозғалткышы — бу немесе газ турбинасы) және су генераторлары (алғашқы қозғалткышы —су турбинасы) болып бөлінеді. Синхронды генератордың жұмысы Фарадейдің электромагниттік индукция заңына негізделген.

Электр қозғалтқыштары. Егер де тұрақты магнит полюстерінің арасына ілмектелген өткізгішті еркін орналастырып және оның бойымен ток жіберетін болса, онда ілмек бірден шетке ығысып, магнит өрісінен шығып кетуге талпынады. Барлық электр қозғалтқыштарының жұмыс жасауы, міне осы құбылысқа негізделген. Электр козғалтқышы синхронды генератор сияқты статор мен ротордан тұрады. Статор — ішінде магнит өрісі пайда болатын магнит өткізгіші болып табылады. Ротордың электр тогы жүретін орамдары болады. Егерде қозғалтқыш айнымалы токпен жұмыс жасайтын болса, онда айнымалы ток қозғалтқышы деп, ал тұракты токпен жұмыс жасаса—тұрақты ток қозғалтқышы деп аталады.

Трансформатор. Айнымалы токтың тұрақты токқа қарағанда тиімділігі — оның күшін жеңіл өзгертуге болатындығында. Бір кернеудегі айнымалы токты екінші кернеудегі айнымалы токқа түрлендіре алатын құрылғылар электрлік трансформаторлар (латынның transformo — түрлендіремін деген сөзінен) деп аталады. Орамдардың сандарының қатынасына қарай трансформатор жоғарлатқыш немесе төмендеткіш болып екіге бөлінеді.

Электр жеткізу желілері. Басқа энергия түрлерінен электр энергиясының тиімділігі — оны мыцдаған километр жерге асқан жылдамдықпен жеткізу мүмкіндігінің болуы. Бұл жұмысты энергия жүйесінің негізгі құрамды бөлігі — электр жеткізу желілері (ЭЖЖ) атқарады.

Қазіргі уақытта электр энергиясын тасымалдайтын өткізгіштер екі түрде: жердің үстіне орнатылған электр тогын өткізетін желілер және жерде қойылатын ток өткізетін кабельдер болып жасалады.

Қазақстанның оңтүстік энергетикалық аймағы. Электр энергетикасы секторын реформалау бағдарламасын дәйектілікпен іске асыру нәтижесінде 2000 жылдан бастап оң өзгерістерге қол жеткізілді: екі жақты мерзімдік (форвардтық) келісімшарттар рыногі құрылып, жұмыс істей бастады. Қазақстанның электр энергетикасы секторының бастапқы экспорттық әлеуеті 2001 жылдың басында 500 – 1000 мВт деп бағаланды. Мыс., Екібастұз АЭС компаниясы 2001 жылдан Ресейге (Омбы қ-ның маңына) 300 мВт электр қуатын экспортқа шығара бастады. 2030 ж-ға дейін электр энергетикасын дамыту бағдарламасы шеңберінде Қазақстанның электр энергетикасы жөнінен тәуелсіздігін қамтамасыз етудің 2005 жылға дейінгі жоспары әзірленді.

Нарықтық экономика жағдайында электр энергетикасы секторындағы табиғи монополияның барлық құрылымдары уәкілетті орган (Энергетика және табиғи ресурстар мин.) тарапынан мемлекеттік бақылауға алынған. Электр қуатын тарату және бөлу жөніндегі тарифтерді Қазақстан Республикасының Табиғи монополияларды реттеу және бәсекелестікті қорғау жөніндегі агенттігі реттеп отырады. 2000 ж. 1 сәуірде Тарифтер жөніндегі бөлімшеаралық комиссия “КЕGOC” ААҚ-ның аймақаралық деңгейдегі электр тораптары бойынша электр қуатын тарату жөніндегі қызмет көрсетуіне арналған тарифті есептеудің жаңа әдістемесін қолданысқа енгізді.

Электр энергетикасы секторындағы реформаларды тереңдетудің 2000 жылдан басталған кезекті кезеңі Респ. электр қуатының көтерме сауда рыногін жетілдіру тұжырымдамасына негізделді. Бұл тұжырымдамаға сәйкес электр қуаты рыногінің Қазақстандық операторы құрылды, оған электр қуатын өндіру мен тұтыну процестерін нарықтық жолмен басқару міндеті жүктелген.

Қазақстан Республикасының электр энергетикасы секторын қайта құру негізінде электр энергетикасы нысандары түрлі меншік иелерінің қолына көшті: ірі электр ст-лары шет елдік компанияларға тиесілі, кернеуі 220 және одан жоғары кВ электр тораптарын басқару, диспетчерлеу, т.б. мәселелерді шешу міндеттері электр тораптарын басқару жөніндегі Қазақстандық компания – KEGOC-қа жүктелді; кернеуі 110 және одан төмен кВ электр тораптары бұрынғы энергетика жүйесі шеңберінде таратушы электр компанияларының басқаруында; электр қуатын өндірушілерден сатып алу және оны тұтынушыларға сату міндеті Электр қуаты рыногінің Қазақстандық операторына жүктелген.

"Су электр станциясы"

Қазақстанда қазір энергет. өнімнің 2/3-сіне жуығы ЖЭС-терде, қалған бөлігі энергиясын СЭС-терде өндіріледі. Қазақстанның батыс аймағында энергетикалық шикізат көзі мұнай мен табиғи газ болғандықтан сұйық, газ тәрізді және аралас типті отынмен жұмыс істейтін ст-лар дамытылған. Шығыс және оңт. аймақтарда әзірге су қуатынан басқа меншікті энергет. көздері жоқ. Осыған байланысты оларда ядр. отын, тасымал мұнай, газ, көмір пайдаланылады. Электр қуатын тұтынудың есептік деңгейлеріне жасалған талдау 1990 жылдан бастап он жылдық кезеңде электр тұтыну көлемі жалпы респ. және солт., бат. аймақтар бойынша 2 есе дерлік, ал оңт. аймақ бойынша 3 есе дерлік кемігенін көрсетеді (қ. 1 – 2-кестелер).

Соңғы 2 – 3 жылда электр энергиясын тұтынудың азаю қарқынының баяулағаны байқалды, ал батыс аймақта ол өсе бастады. 2000 жылдың алғашқы жартысында республикада 27,4 млрд. кВт/сағ электр қуаты тұтынылған, мұның өзі 1999 жылдың осы кезеңімен салыстырғанда 7,2%-ға көп. Электр қуатын өндіру мен тұтыну көлемінің өсуі негізінен Батыс және Солтүстік аймақтарда (Павлодар-Екібастұз өңірінде) байқалды. Қазақстанның Оңтүстік аймағында (Алматы, Оңтүстік Қазақстан, Жамбыл, Қызылорда облыстары) жеткілікті бастапқы энергет. қор жоқ болғандықтан оның электр энергетикасы тасып әкелінетін көмірге, сырттан әкелінетін газ бен мазутке негізделген. Бұл аймақтағы электр қуатының негізгі көздері – Жамбыл МАЭС-і, Шымкент ЖЭО-1, Алматы ЖЭО, Қапшағай СЭС-і. Мұндағы тапшылық Солт. Қазақстанның ОЭС-ы, 220 – 500 кВ электр тораптары бойынша Орта Азия республикаларынан әкелінетін электр қуаты есебінен өтеледі

С инхронды генераторлар. Электр энергиясын электр станцияларында үш фазалы айнымалы ток синхронды генераторларында өндіріледі. Олар турбиналы генераторлар (алғашқы қозғалткышы — бу немесе газ турбинасы) және су генераторлары (алғашқы қозғалткышы — су турбинасы) болып бөлінеді. Синхронды генератордың жұмысы Фарадейдің электромагниттік индукция заңына негізделген. Осы заңның негізінде, электр қозғаушы күшінің (э.қ. к.) шамасы өткізгішті қиып өтетін магнит өрісінің өзгеру жылдамдығымен анықталады:

А йнымалы ток синхронды генераторы қозғалмайтын статормен айналып тұратын ротордан тұрады. Ротор электр магниті ретінде жасалады. Оның орамдары — қоздырушы орамдар деп аталады. Бұл орамдар тұрақты ток көзіне дөңгелек және щетка арқылы жалғастырылады. Болат беттерден жасалған статор кетіктеріне бір-бірімен тізбектеле жалғастырылған өкізгіштер орнатылады. Ротор айналған уақытта әрбір өткізгіштің бойында электр қозғаушы күші (э.қ.к.) пайда болады. Өткізгіш ұзындығы (l) мен генератор роторының бұрыштық жылдамдығы (v) өзгермейді, ал магнит индукциясының (В) шамасы мен бағыты өзгеріп тұрады. Синусоида түріндегі э.қ.к. алу үшін магнит индукциясының шеңбер бойындағы таралуы да синусоида түрінде болуы керек. Ротордың екі жұп полюсі болуына байланысты ол бір айналғанда әрбір өткізгіштің бойында э.қ.к. толық екі периодты өзгеріске ұшырайды.

С инхронды электр мапшналары қалыпты жұмыс жасаған уақытта оның роторының айналу жылдамдығы (п, айн/мин) статордың жұп полюстерінің саны р мен айнымалы ток жиілігінің (f, Гц) арасында қатаң тәуелділік сақталады:

Бу және газ турбиналары аса жоғары жылдамдықпен айналады (3000 немесе 1500 айн/мин), себебі турбиналы агрегаттың техника-экономикалық көрсеткіштері айналыс жылдамдығына да тәуелді болады.

Турбиналы генераторлардың жылдамдығының жоғары болуы олардың жасалуына да өз әсерін тигізеді. Мұндай генераторлар горизонталь білікті болып жасалады. Ротор аса жоғары механикалық және жылу әсерінде болуына байланысты, жоғары магнитті әрі механикалық қасиеттері бар арнайы болаттан тұтас құйылады және оның полюсі анық білінбейтін болып жасалады.

Су турбиналарының салыстырмалы түрде алып қарағанда, айналу жылдамдығы аз (60—600 айн/мин) болады. Су ағыны неғұрлым аз және турбина қуаты неғұрлым үлкен болған сайын, оның айналу жылдамдығы соғұрлым аз болады. Міне, осындай себептерге байланысты су генераторлары шабан жүрісті машиналар болып табылады және оның өлшемдері мен салмағы үлкен болып, полюс сандары да көп болады.

Су генераторларының роторы анық полюсті болып жасалып, оның білігі негізінен тік орналастырылады. Қуатты су генераторлары роторының диаметрі 14— 16 м, ал статорының диаметрі 20—22 м-ге дейін жетеді.

Э лектр қозғалтқыштары. Егер де тұрақты магнит полюстерінің арасына ілмектелген өткізгішті еркін орналастырып және оның бойымен ток жіберетін болса, онда ілмек бірден шетке ығысып, магнит өрісінен шығып кетуге талпынады. Барлық электр қозғалтқыштарының жұмыс жасауы, міне осы құбылысқа негізделген. Электр козғалтқышы синхронды генератор сияқты статор мен ротордан тұрады. Статор — ішінде магнит өрісі

п айда болатын магнит өткізгіші болып табылады. Ротордың электр тогы жүретін орамдары болады. Егерде қозғалтқыш айнымалы токпен жұмыс жасайтын болса, онда айнымалы ток қозғалтқышы деп, ал тұракты токпен жұмыс жасаса—тұрақты ток қозғалтқышы деп аталады. Электр қозғалтқышының жұмыс жасау тәсілі 5.6 суретте көрсетілген. Айнымалы ток қозалтқыштары синхронды және асинхронды болып бөлінеді. Синхронды қозғалткыштардың роторларының айналу жиілігі олар жалғанған электр желісінің ток жиілігімен тікелей байланыста болады, басқаша айтқанда, статор орамдары туғызған магнит өрісінің айналу жиілігі ротордың айналу жиілігімен қатаң сәйкестендірілген. Ал асинхронды электр қозғалтқышы роторының айналу жиілігі статордың магнит өрісінің айналу жиілігінен қалып отырады. Яғни ротор статор магнит өрісіне қарағанда асинхронды айналыста болады.

Құрылысының күрделілігіне және жұмыс жағдайларында қойылатын талаптарды толық канағаттандырмауына байланысты, синхронды электр қозғалтқыштары өте аз қолданылады.

Асинхронды қозғалтқыштар құрылысының қарапайымдылығына және сенімді жұмыс жасауына байланысты кең қолдануда. Асинхронды электр қозғалтқыштарының қуаты бірнеше ваттан ондаған миллион ватқа дейін, салмағы — жүздеген грамнан ондаған тоннаға дейін, қосылатын электр желілерінің кернеуі — ондаған вольттан көптеген киловольтқа дейін жетеді.

Трансформатор. Айнымалы токтың тұрақты токқа қарағанда тиімділігі — оның күшін жеңіл өзгертуге болатындығында. Бір кернеудегі айнымалы токты екінші кернеудегі айнымалы токқа түрлендіре алатын құрылғылар электрлік трансформаторлар (латынның transformo — түрлендіремін деген сөзінен) деп аталады.

Трансформатор жұқа арнайы болат тіліктерден жиналған магнит өткізгішінде айыру қабаты бар сымдардан қаңқаға оралып орналастырылған бірнеше орамдардан тұрады (5.7 сурет). Орамдардың бірінен өтетін (бірінші орам) айнымалы электр тогы орам сыртында және магнит өткізгішінде айнымалы магнит өрісін туғызады. Бұл магнит өрісі екінші орамды қиып өтеді де, оның бойында айнымалы электр қозғаушы күші пайда болады. Екінші орам бір тізбекке қосылса болғаны, тізбек бойымен айнымалы электр тогы жүреді. Сонымен электр энергиясы трансформатордың бірінші орамынан басқа орамдарына оларды бір-бірімен байланыстыратын айнымалы магнит өрісі арқылы беріледі. Орамдардың сандарының қатынасына қарай трансформатор жоғарлатқыш немесе төмендеткіш болып екіге бөлінеді. Мысалы, жоғарлатқыш трансформатордың, яғни электр кернеуі шамасын көтеретін трансформатордың екінші орамының саны бірінші орамының санына қарағанда артық болады, ал төмендеткіш трансформатордың орамдар саны керісінше—екінші орамның саны бірінші орам санына қарағанда аз болады. Трансформаторлар электр энергетикасында, өндірісте, тіпті тұрмыста да өте кең қолданылатын кұрылғылар. Өткізгіштер бойымен электр тогы жүргенде электрэнергиясы шығындалатыны мәлім. Шығындалатын энергия мөлшері өткізгіш кедергісі мен ток шамасының квадратына тәуелді болады. Қуатты электр трансформаторлары өткізгіштер арқылы айнымалы электр тогын қашыққа жеткізу кезінде электр энергиясы шығынын азайту мүмкіндігін туғызады. Бұл үшін электр станциясы генераторларында өдірілген айнымалы кернеу жоғарлатқыш трансформаторлар арқылы бірнеше жүздеген мың вольтқа дейін көтеріледі де, электр жеткізу желілері арқылы тұтыну орталықтарына таратылады. Бұл уақытта электр энергиясының кернеу шамасы өсуіне байланысты, оның ток мөлшері азаяды. Электр энергиясы тұтынылатын орындарда кернеуі төмендеткіш трансформаторлар арқылы тұтынушылар тұтынатын шамаларға дейін төмендетіледі. Орам сандарына қарай трансформаторлар екі орамды және үш орамды болып бөлінеді.

Электр энергетикасы желілерінде автотрансформаторлар кең қолдануда.Олардың трансформаторлардан айырмашылығы: егер де трансформатордың барлық орамдары бір-бірімен тек айнымалы магнит өрісі арқылы ғана байланысатын болса, автотрансформатордың төменгі кернеулі орамы орта және жоғары кернеулі орамдармен магнит өрісі арқылы байланысады да, орта және жоғарғы кернеулі орамдарының арасында тек электрлік байланыс қана болады.

Көптеген қондырғыларда, тұрмыста кішкентай трансформаторлар көптеп қолданылуда. Олар радиоқабылдағыштарға, теледидарға, магнитофондарға, телефон аппараттарына және т.б. орнатылған. Олардың көмегімен қажетті кернеу шамасы алынады.

Электр жеткізу желілері. Басқа энергия түрлерінен электр энергиясының тиімділігі — оны мыцдаған километр жерге асқан жылдамдықпен жеткізу мүмкіндігінің болуы. Бұл жұмысты энергия жүйесінің негізгі құрамды бөлігі — электр жеткізу желілері (ЭЖЖ) атқарады.

Қазіргі уақытта электр энергиясын тасымалдайтын өткізгіштер екі түрде: жердің үстіне орнатылған электр тогын өткізетін желілер және жерде қойылатын ток өткізетін кабельдер болып жасалады.

Электр жеткізу желілерінің бетоннан немесе металдардан жасалған тіректері болады. Олардың иіндеріне фарфордан немесе шыныдан жасалған ток өткізбейтін зат тізбегі орнатыдады. Тіректердің арасына мыстан, алюминийден немесе болатты алюминийден жасалып тартылған сымдар тіректердің иіндеріне ілінген ток өткізбейтін заттар тізбектерінің ұштарына бекітіледі. Ал өткізгіштердің арасындағы ауа ток өткізбейтін зат жұмысын атқарады. Сондықтан, кернеу шамасы неғұрлым көп болса, өткізгіштердің ара қашықтыктары да соғұрлым көп болады.

Электр эпергетикасын баламалап тірі дене есебінде алып қарастыруға болады. Дененің өмір тіршілігінің көзі жүрек болса, электр энергетикасының жүрегі — электр энергиясын өндіретін электр станциялары. Қозғалыста болатын дене мүшелері — электр энергиясын тұтынып, жұмыс жасайтын өндірістік қондырғылар. Ал жүректен шыққан қанды барлық дене мүшелеріне жеткізіп жатқан қан тамырлары жұмысын электр энергиясын миллиондаған ірілі-уақты әрбір тұтынушыларға қажетінше жеке-жеке жеткізіп жатқан электрэнергиясын жеткізетін желілер. Демек, желілер электр энергетикасында қан тамырларының денеде атқаратын жұмысын істейді. Олардың сенімді жұмыс жасауы бүкіл электр энергетикасының сенімді жұмыс атқаруына әсер етеді, соның қайнар бұлағы болып табылады. Егер де Кеңес Одағының электр энергетикасының картасын алып қарастыратын болсақ, электр энергиясын тасымалдайтын өткізгіштер расында да қан тамырлары сияқты тарамдалып, жер бетін тұтас қамтып жатады. Кернеу шамасы 1150, 750, 500, 330 және 220 кВ айнымалы ток тасымалдайтын өткізгіштер және кернеуі 1500 кВ тұрақты ток өткізгіштері күре тамырлар сияқты электр энергиясының көлемді бөлігін тасымалдайды.

ЭЖЖ адамдарға қауіпсіз биіктікте болулары керек. Ауаның ток өткізгіштік қасиеті ауа райына және метеорологиялық жағдайларға байланысты болады. ЭЖЖ-ін салушылар жел күшін, жазғы және қысқы температуралар айырымын және басқа да көптеген жайларды ескерулері кажет. Сондықтан әрбір жаңа ЭЖЖ салу кезінде ол өтетін жол мұқият зерттеледі, көптеген күрделі инженерлік есептеулер жасалады және оны салу кезінде құрылысшылардан асқан шеберлік талап етіледі.

Мысалы, Сібір, Солтүстік Қазакстан және Орал энергия жүйелерін қосу үшін кернеуі 1150 кВ айнымалы ток ЭЖЖ салынды. Мұндай ЭЖЖ дүние жүзінің бірде- бір елінде салынған емес: тіректерінің биіктігі 45 м-ге жетеді (15 қабатты үйдің биіктігіндей), фазалардың ара қашықтықтары 23 м. 5.8 суретте ЭЖЖ-нің сипаттамалары берілген.

Жоғары кернеулі электр тогы қалалардағы тұтыну- шыларға жердің астында арнайы жасалған түрлі каналдарға орналастырылған кабельдер арқылы жеткізіледі. Мамандар келешекте ауа электр желілерінің орнына кабельді өткізгіштер қолданылатын болады деген тұжырымдар айтуда. Себебі, ауа өткізгіштерінің елеулі кемшіліктері бар: жоғары кернеулі өткізгіштердің жанында шамасы жердің магнит өрісінен артық электрмагнит өрісі пайда болады. Бұл адам денесіне жайсыз әсер етеді. Алдағы уақытта кернеу мен ток шамаларының артуына байланысты, бұл әсердің ықпалы да арта түсетін болады. Қазірдің өзінде бұл әсердің салдарын азайту үшін жоғары кернеулі ЭЖЖ-нің астынан «пайдаланылмайтын алқап» пайда болып отыр.