Scapman

Иногда на производстве кто-то из коллег уносит ключ от туалета домой.
Сегодня у нас появился новый брелок из алюминиевой шины. Классика.

Привет, Пикабу!

Задумывались ли вы почему в розетках именно переменный ток? Почему не постоянный? Почему частота тока в России 50 герц, а где-то в мире 60 герц? Можно ли обойтись без постоянного тока?

Маленькое отступление от темы. Помню, как на первом курсе, сразу после школы, мы сидели с группой в лаборатории по электротехнике, и преподаватель делал нам наставления по учебе, говорил, что нас ждёт в будущем и спрашивал, что мы знаем о токе и напряжении. В какой-то момент нас спросили, что же в розетке, ток или напряжение. И для многих это было удивительным, что в розетке нет тока. Ведь, если мы посмотрим на розетку, то увидим два отверстия, а значит цепь не замкнута и тока там нет. Но когда мы вставляем вилку от пылесоса в розетку, то в этом случае ток появится. #шокконтент.

Война токов.

В конце 1880х годов, в США, происходила конкуренция систем передачи электричества. Томас Эдисон продвигал постоянный ток. Постоянный ток Эдисона применялся низкого напряжения, что было безопасно для потребителя, НО из-за низкого напряжения были большие электрические потери, провода грелись, энергия тратилась впустую. Чтобы питать длинные линии электропередач необходимо было строить большое количество подстанций, которые поднимали бы напряжение.

Томас Эдисон

Проблема в том, что при передаче электроэнергии на расстояние, увеличивается длина проводов и растет их электрическое сопротивление, значит растут электрические потери. Чтобы снизить потери можно уменьшить сопротивление провода (применить толстые провода) или поднять напряжение (сила тока станет меньше).

Однако электрические потери зависят от напряжения в квадрате, а от сопротивления в первой степени. Экономически эффективнее использовать линии высокого напряжения.

Компания Томаса Эдисона не могла трансформировать постоянный ток. На тот момент не было технологий, позволяющих трансформировать постоянный ток одного напряжения в постоянный ток другого напряжения.

В то же время компания Джорджа Вестингауза продвигала переменный ток. Переменный ток одного напряжения можно трансформировать в переменный ток другого напряжения, без особых проблем, с помощью трансформаторов.

Требовалось построить линию высокого напряжения, поставить подстанцию с трансформатором, понизить напряжение и питать помещения. Использование высокого напряжения переменного тока было более эффективным.

Джордж Вестингауз

Необходимо отметить, что переменный ток легче вырабатывать на электростанциях, генераторы переменного тока проще и дешевле.

В итоге переменный ток вытеснил постоянный.

Но в современном мире невозможно жить без постоянного тока! Практически вся электроника (пульты, колонки, ноутбуки, смартфоны и тд) питаются постоянным током малого напряжения.

Когда вы вставляете адаптер для зарядки телефона в розетку, то внутри блока адаптера происходит трансформация переменного тока, в постоянный ток. Это стало возможным благодаря развитию современной электроники.

На предприятиях постоянный ток применяется в электролизе, сварке, гальванопластике.

Троллейбусы, трамваи, электровозы, подъемники строятся с двигателями постоянного тока, из-за их подходящих характеристик.

Параметры сети в мире

Частота переменного тока.

В Европе и странах СНГ применяют знакомые нам 50 Гц и 220В. В Корее 220В и 60 Гц. В США напряжение в розетке 120В, а частота сети 60 Гц. Япония как бы поделена пополам, во всей стране напряжение 120В, но с одной стороны 50Гц, а с другой 60Гц.

В чем прикол? Почему так перетусованы параметры сети?

Ответ простой – так исторически сложилось. Ученые выяснили, что оптимальная частота сети от 40 до 60 герц. Если меньше 40 Гц, то дуговые лампы (раньше применялись именно такие лампочки) не могли работать. Если больше 60 Гц асинхронные двигатели работали не эффективно. Страны выбрали для себя некий стандарт частоты. Кто-то взял 50Гц, кто-то 60Гц.

Дуговая лампа "Свеча Яблочкова"

Но вспомним Японию. У них в одной части страны 50 Гц, а в другой 60 Гц. Как эти энергосистемы встречаются? Те, кто знают электротехнику поймут в чем боль. А тем, кто не знают, я попробую объяснить.

Представьте два колеса, одно колесо крутиться со скоростью 100км/ч, а другое 120 км/ч, и вам надо их совместить вместе, чтобы они касались друг друга. При контакте одно колесо будет крутиться быстрее, и начнутся проблемы, синхронно такие колеса никак не могут крутиться вместе.

Если соединить две линии (энергосистемы) с разной частотой напряжения, они тоже не смогут работать вместе. Появятся огромные уравнительные токи и все пойдет по п..зде бороде, если грубо и коротко.

Энергосистема Японии

В конце 19 века японцы для питания Токио купили немецкие генераторы, а для питания Осаки купили американские генераторы. И с тех пор началось развитие двух частных энергосистем, с разной частотой сети. Когда две области встретились их необходимо было соединить, для этого применили ВСТАВКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

То есть в одной энергосистеме частота сети 50 Гц. На специальной станции переменное напряжение преобразуют в постоянное. В другой части Японии частота сети 60 Гц, на той же станции напряжение преобразуют в постоянное. И две энергосистемы соединяются через эти вставки постоянного тока. Вот такие костыли, но все работает.

Вставки постоянного тока построены во многих уголках мира. Например, на границе энергосистем Аргентины и Бразилии. В Выборге, на границе России и Финляндии, тоже есть вставка постоянного тока, но об этой станции, я расскажу в будущем!

Спасибо что дочитали до конца,

Ваш Scapman!

Другие мои посты:

Так все таки, как мы получаем электричество?

ЛЭП - там, где зависают провода

Привет Пикабу!

Многие помнят этот мем:

Сегодня я постараюсь вам рассказать, как же производят бОльшую часть электричества в мире. Чем постоянный ток отличается от переменного. И коротко об устройстве машин, которые электричество вырабатывают.

Постараюсь понятно все рассказать, чтобы не было таких же казусов, как в мемасе). Поехали!

У всех на слуху эти слова: переменный и постоянный ток. Хочется, чтобы разницу знали все, но я понимаю, что это не так. Попробую рассказать, что из себя представляют эти токи, но без углубления в физику.

Постоянный ток – течет в одном направлении, от плюса «+» к минусу «-» или от точки с бОльшим потенциалом в точку с меньшим потенциалом. Если взять проволочку и прислонить к контактам пальчиковой батарейки, то проволока нагреется, вот тут как раз постоянный ток себя и проявит.

Перейдем к переменному току, тут все сложнее. Представьте, что у той же батарейки, контакты меняли бы свои знаки полюсов. То есть вы смотрите на батарейку, на один из контактов, а там то плюс, то минус, то плюс, то минус и так же происходит со вторым контактом. Магия, да и только!

Переменный ток вырабатывают генераторы переменного тока, как не странно. На их выводах знаки + и – меняются с частотой 50Гц, то есть, если замкнуть эту цепь, то ток за 1 секунду будет течь по проводнику 50 раз в одну сторону и 50 раз в другую. Сложно, но держимся!

Еще раз, переменный ток меняет свое направление сто раз в одну секунду. Вот тут и есть главное отличие от постоянного тока.

Нашел картинку из советского учебника:

Перейдем к тому самому получению электричества. Есть специальные объекты – электростанции. Сейчас расскажу про основные виды станций:

Тепловые станции:

На тепловых станциях сжигают топливо (газ, уголь, мазут), тепловая энергия передается воде, вода превращается в пар, а пар вращает ротор турбины, а турбина вращает ротор генератора (устройство в целом называется турбогенератор). Генератор "выдает электричество".

Турбина:

Теперь про гидроэнергетику:

Крупнейшая ГЭС России - Саяно-Шушенская:

Специально обученные люди строят плотину. С одной стороны плотины воды становится много, а с другой мало. Вода под напором проходит сквозь гидроагрегаты и вращает их. Генератор вырабатывает электричество.

Гидротурбина:

Атомные электростанции:

В атомных реакторах происходит реакция распада и выделяется огромное количество теплоты. Тепловая энергия нагревает воду, вода превращается в пар, который вращает ротор турбогенератора.

Как вы заметили, общий принцип получения электричества следующий – вода или пар вращает ротор генератора, генератор вырабатывает электричество.

Перейдем к конструкции генератора.

На электростанциях устанавливают синхронные генераторы. Почему синхронные рассказывать не буду, это сейчас не к чему.

Основные части синхронного генератора: ротор, та часть, которая вращается и статор, та часть, которая неподвижна. Ротор вращается непосредственно внутри статора.

Ротор генератора:

Статор генератора:

Синхронный генератор:

У генератора есть выводы на статоре, где и появляется напряжение.

Ротор генератора соединяется с валом турбины и на обмотку (цепи) ротора генератора подают постоянный ток (чтобы получить переменный ток, надо подать постоянный, таков путь).

Имеем следующую систему:

На ротор подают постоянный ток, пар вращает турбину, турбина вращает ротор генератора, электромагнитные поля делают свою работу и на выводах статора появляется напряжение. Как-то так.

Теперь прогуливаясь по лесу, не стоит боятся лешего, который схватит вас за шкирку, поднесет к своему кривому носу и спросит:

«@username, расскажи-ка мне, а как это ваше электричество появляется, авось пойму чего?»

А вы ему в ответ: «Турбины крутятся – амперы мутятся!».

Коротко и по сути.

Спасибо что дочитали до конца,

Ваш Scapman!

Привет, Пикабу! Вот я и закончил получать высшее образование «по электроэнергетике», однако впереди еще 2 года магистратуры и студенческой веселой жизни. Сегодня начинаю писать посты в области энергетики. Для себя поставил задачу – доступно, понятно, без суеты и диких формул рассказать об объектах, явлениях, устройствах, которые служат человечеству каждый день и каждую секунду, о тех «штуках», которые непосредственно связанны с электричеством, его передачей и выработкой.

Не буду отдельно рассказывать, что такое ток и напряжение, что есть постоянный и переменный ток. Сегодня начну с того, что все видели, и даже знают, как это называется. Сегодня поговорим про ЛЭП.

Да да, Вы прекрасно знаете, что там провода висят, если полезешь, то убьет, а если не убьет, то точно инвалидом останешься. Давайте к смертям потом. Начнем по порядку.

ЛЭП – линия электропередачи. ЛЭП-ки ведут провода от станций/подстанций непосредственно к потребителям. Потребители – это города, деревни, заводы и фабрики. Тут все понятно, давайте дальше!

ЛЭП есть разного класса напряжений, от 220В (как у вас дома в розетке) и до 1150кВ, то есть 1150 000 вольт, что более чем в 5000 раз больше, чем у вас дома, но 1150кВ это уже экзотика.

«Scapman, а что значит класс напряжения?», спросите Вы. По сути, чем выше класс напряжения, тем большая мощность передается по проводам. Например, есть класс напряжения 110кВ, а есть 330кВ, по «сто десятке» я могу запитать микрорайон, а по «триста тридцатке» я могу запитать весь город. ТО ЕСТЬ чем выше напряжение, тем больше энергии «идет по проводам». Утрируя, если пытаться по ЛЭП 110кВ передать энергию, как по 750кВ то провода на ЛЭП 110кВ просто перегорят как нить накала в лампочке.

«Сколько проводов на ЛЭП?» Тут ответ кроется в устройстве генераторов и изобретении Михаила - Осиповича Доливо-Добровольского. На станциях, которые производят электричество, стоят генераторы, и из каждого генератора выходит три проводника – три фазы. Ток из генераторов течет не по одному проводнику, а именно по трем! Зачем это и почему так, я расскажу потом, пока что примите это как есть. И отвечая на вопрос про количество проводов на ЛЭП, скажу следующее – на ЛЭП количество проводов кратно трем (потому что три фазы), то есть 3, 6, 9, 12. НО! Часто на самой макушке опоры ЛЭП есть трос, по нему ток не идет, этот трос защищает линию от ударов молний. Таким образом, если на опоре только три провода – это одноцепная ЛЭП, если 6 проводов – это двуцепная ЛЭП (2 раза по 3 фазы).

«А что это за тарелки такие стеклянные?» Это изоляторы. Изоляторы, как ни странно, изолируют напряжение проводов от опоры ЛЭП и держат провода в воздухе. В чем суть? Все просто, на проводе есть напряжение, допустим 220кВ, а опора заземлена. Если опора заземлена, то она имеет напряжение 0 (ноль) вольт, и получается, изоляторы не дают току пойти от 220кВ к 0 вольт через опору прямиком в землю. А ток «работает» там, где надо, заряжает вам телефон или греет воду в бойлере летом. По количеству «тарелок» в гирлянде изоляторов можно понять класс напряжения на ЛЭП, но это только ради собственного интереса или чтобы понтануться перед друзьями или удивить девушку. В среднем 1 тарелка идет на 20кВ. Видишь 6 тарелок в гирлянде изоляторов значит напряжение 110кВ, главное правильно округлить.

Еще на напряжениях 330кВ и выше есть некоторые проблемы. Появляются потери электроэнергии, вызванные коронным разрядом. Корона трещит и светится и эти потери хотелось бы снизить, как бы красиво корона не выглядела. Для уменьшения этих потерь провод одной фазы расщепляют на несколько параллельных проводов. Теперь ток идет не по одному проводу, а сразу по двум, трем, четырем или пяти проводам. И при такой конфигурации корона практически не появляется, и потери уменьшаются.

ГЛАВНОЕ НЕ ПУТАТЬ РАСЩЕПЛЕНИЕ ФАЗЫ С ФАЗАМИ! Всегда есть три фазы, а каждая фаза уже расщепляется еще на несколько проводников!

Собственно расщепленная фаза:

И коронирующие провода:

Теперь об опасности ЛЭП.

Всем понятно, что напряжение опасно для человека, однако находятся люди, которые забираются на опоры, кидают тросы на провода, рыбачат под линией. Проблема в том, что напряжение не видно. Максимум – слышно треск и жужжание, что не сильно отпугивает людей. Когда вы стоите на земле, то на вас потенциал ноль вольт или вы изолированы от земли из-за обуви. Когда вы специально кидаете трос или случайно воблера на провода ЛЭП, то может произойти трагедия и вы попадете под напряжение и через вас в землю пойдет ток. В лучшем случае трос или леска сгорит где-то наверху, около проводов и вы просто испугаетесь хлопка и яркой вспышки дуги, в худшем вы сами будете поражены разрядом, одежда сгорит прямо на теле, а некоторые части вас испарятся. Тут все серьезно!

«Scapman, а почему птички на проводах сидят, и их током не бьет?» Это наверно самый классический вопрос про линии электропередачи! Ответ очень простой, но чтобы понять его, надо иметь представление о токе, напряжении и сопротивлении.

Когда ворона чиллит на проводе, ВАЖНО! На одном проводе, не на двух или трех сразу, а на одном, то она лапками цепляется за провод и «заряжается» до высокого напряжения. То есть на вороне появляется потенциал 500кВ, но напряжение не значит ток! Если нет контура для тока, то и тока нет. Уже сложно, я знаю, но терпим! И так, ворона сидит на проводе, там огромное напряжение, ток должен пойти от 500кВ куда-то, где напряжение меньше, но такой точки нет, и значит ток не появляется и ворона жива. Но если ворона заденет другой провод или опору ЛЭП, то за долю секунды, она вспыхнет дуговым разрядом и пропадет навсегда (.

«А если я заземлюсь посильнее и полезу на провода ЛЭП, заземление ведь есть, все будет ок?» Тут один ответ: «Не ок!» Если ты себя заземлишь, то есть соединишь себя проводом с землей, то на тебе будет напряжение равное нулю вольт. Ты бесстрашно ползешь на опору ЛЭП, которая тоже имеет потенциал ноль вольт. Пока что все круто. Как только ты начинаешь ползти по изолятору или идти по нему, то с каждым шагом ты все ближе к проводу, на проводе, напоминаю, напряжение и очень часто не ноль вольт. Не доходя до провода, когда еще есть шанс повернуть назад и уйти, мгновенно от провода на тебя пробивает дуга, как маленькая молния. Ток идет от провода через тебя, через заземление в землю. Воздух диэлектрик и это классно, но даже он не выдерживает такого напряжения. Так что держитесь от проводов ЛЭП подальше, не лезьте на опоры и не кидайте леску и проволоку с земли на провода. Это очень опасно!!!

Теперь прогуливаясь за городом или проезжая мимо опор ЛЭП ты сможешь для себя понять и отметить: «Ага, линия электропередачи, так 6 проводов – двухцепная, грозозащитный трос есть, изоляторов много и фазы расщеплены, ну наверно 330 или даже 500кВ.» И за пару секунд погрузиться в рассуждения об отечественной энергетике, о том что эта линия связывает, и сколько городов она питает.

Спасибо что дочитали до конца,

Ваш Scapman.