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.

5.4. Электр энергетика жүйесінің негізгі қондырғылары

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.

5

.8 сурет Тіреулер мен электр энергиясын жеткізетін желілердің сипаттамалары

а) тіреулердің жалпы түрлері; ә)желілердің кернеу шамаларының өсуіне байланысты жалпы көрсеткіштердің өзгеруі, мұндағы в — пайдаланылмайтын жердің ені; һ—тіреудің биіктігі; л—тізбектегі оқшаулатқыштардың саны; б) электрэнергиясын жетізудің өзіндік құнының кернеуге тәуелділігі; мұндағы С—электр энергиясын таратудың өзіндік кұны

Келешектің асқан өткізгішті ЭЖЖ моделі іспетті кабельді өткізгіш сынақтан өткізілді. Аса жетілдірілген жылу өткізбейтін қабатпен неше мәрте оралған метал трубаның ішіне әрқайсысы ниобий пленкасымен қапталған көптеген өткізгіштерден тұратын мыс өткізгіш орналастырылған. Трубаның ішінде нағыз ғарыштық салқындық —4,2 К температура сақталады. Мұндай температурада өткізгіштің кедергісі болмауына байланысты электр энергиясының шығыны болмайды. Демек, мұндай өткізгіштің бойымен қандай болмасын электр қуатын беруге болады. Себебі, кедергі болмағаннан кейін, шығын да болмайды.

Электр энергиясын жеткізу үшін Ресей ғалымдары қысымы 3 МПа-ға дейін жететін газ толтырылған кабель жасап шығарды (негізінен, азот қолданылады).

Есептеулер қысымы осынша жоғары газ толтырылған кабельдер арқылы кернеуі 500 кВ-қа дейін жететін электр энергиясын таратуға болатынын көрсетіп отыр. Жер астына салынатын кабельді өткізгіштер адамзатқа қажетті жүздеген мың гектар жерді, әсіресе үлкен қалаларда үнемдеуге мүмкіндік туғызады.

Графикалық бейнелеу. Электр энергиясында қолданылатын барлық қондырғылар, құрылғылар және олардың арасындағы байланыстар конструкторлық құжаттардың біртұтас жүйесінің (единая система конструкторской документации — ЕСКД) стандартына сәйкес бейнеленеді.

Электр энергиясында схемалардың бірнеше түрі қолданылады:

құрылымды, қарапайымдалған принциптік, толық принциптік, оперативті, монтажды схемалар және т.б.

Ең қарапайым схема — құрылымды схема. Онда электр энергетикасының негізгі қондырғылары (генераторлар, трансформаторлар, ЭЖЖ) электр энергиясын қабылдап, оны тарататын қондырғылар ғана көрсетіледі.

Қарапайымдалған принциптік схемада негізгі қондырғылармен бірге электр станциялары мен қосымша станциялардың арасындағы байланыстар да көрсетіледі.

Т олық принциптік схемада жоғары кернеулерде

қолданылатын барлық электр аппараттары көрсетіледі.

Оперативті схемалар электр энергетика жүйелерінің жұмысын басқарып отыру үшін жасалады. Бұл схемалар қай уақытта болмасын электр жүйесінің нақты жағдайларын көрсетіп тұрады.

Монтажды схема монтаждық жұмыстар жүргізу үшін жасалады.

5.9 суретте электр энергетика жүйесінің негізгі элементтерінің графикалық бейнелеуі көрсетілген.

5.10 суретте қуатты энергия жүйесінің бір бөлігінің принципті схемасы көрсетілген. Энергия жүйесінің негізін қуатты жылу, су, атом электр станциялары және жылу электр орталығы құрайды. Энергия жүйелерінің

кэг

арасындағы байланыс 500 кВ кернеу арқылы іске асырылады. Энергия жүйесінде электр энергиясы 35—220 кВ ЭЖЖ арқылы таратылады. Көптеген тұтынушыларға электр энергиялары 6—10 кВ кернеумен жеткізіледі.

Электр энергиясын өте мол тұтынатын қалаларға, жекелеген өндіріс орындарына (мысалы, болат қорыту, алюминий т.б. кәсіпорындар) электр энергиясы 220, 11О, 35 кВ кернеу арқылы беріледі. Осындай әрбір өндіріс орындарында төмендеткішқосалқы станциялар салынады.

Энергия жүйесінің құрамына кіретін барлық электр станциялар ЭЖЖ арқылы немесе қосалқы станциялардың көмегімен бір-бірімен жақсы байланысқан. Бұл энергия жүйесінің сенімді жұмыс жасауын қамтамасыз етеді. Әрбір қосалқы станция да энергия көздеріне сенімді қосылады. Барлық электр станциялар мен қосалқы станциялардың осылай тығыз байланыста болуы, барлық тұтынушылардың сенімді түрде электр энергиясымен қамтамасыз етілуіне және энергия жуйесінің техника-экономикалық көрсеткішінің жоғары болуына тиімді әсерін тигізеді.

Суретте қуатты қосалкы электр станция (ҚС(а)) көрсетілген. Осы қосалқы станция арқылы көршілес орналасқан II энергия жүйесімен 500 кВ ЭЖЖ арқылы байланыс жасалады. Сонымен бірге АЭС-ның III энергия жүйесімен байланысатыны да керсетілген. Ол байланыста кернеуі 500 кВ ЭЖЖ арқылы іске асырылады.