پاورپوینت درس آشنایی با مهندسی برق(گرایش سیستمهای قدرت الکتریکی)

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

درس آشنایی با مهندسی برق(گرایش سیستمهای قدرت الکتریکی)

اسلاید 2 :

کلياتی از سيستمهای قدرت
در سال 1882 اديسون اولين نيروگاه مرکزی را در ايالات متحده آمریکا داير كرد. بار اين نيروگاه 400 لامپ بود كه هر كدام 83 وات توان الکتریکی مصرف می كردند.

در حدود همان زمان اولين نيروگاه مرکزی برق در لندن در کشور بريتانيا تاسیس گردید. اين نيروگاه شامل يك ژنراتور kW60 بود که محرك آن يك ماشين بخار با محور افقي بود. ولتاژ برق توليدشده در این نيروگاه 100 ولت با جريان مستقيم بود.

اسلاید 3 :

کلياتی از سيستمهای قدرت(ادامه)
اولين نيروگاه اصلي جريان متناوب در بريتانياي كبير در Deptford تاسیس گردید كه توان آن توسط ماشين­های 10000 اسب بخار توليد می شد وتوان الکتریکی باولتاژ kV10 برای مصرف كننده های لندن انتقال داده می شد.

اسلاید 4 :

کلياتی از سيستمهای قدرت(ادامه)
در طول اين زمان پيكار بين طرفداران جريان متناوب و جريان مستقيم در شديدترين شرايط وبیشترین سطح قرار داشت. در طول همين زمان پیشرفتهای مشابه در آمریکا و ديگر کشورها در حال وقوع بود.

در نهایت به علت اختراع ترانسفورماتور استفاده از جريان متناوب غالب گشت و يك توسعه روز افزون در ظرفیت نيروگاههاي توليد برق آغاز شد. هر شهر بزرگ يا مركز بار مسئول بهره برداري از نيروگاه مربوط به خود گشت.

اسلاید 5 :

بخشهای مختلف يک سيستم قدرت الکترِيکی
تولید انرژی الکتریکی

انتقال انرژی الکتریکی

توزیع انرژی الکتریکی

اسلاید 6 :

مشخصه های تأثيرگذار بر توليد و انتقال
سه شاخص اصلي در تغذيه برق وجود دارد كه اگر چه واضح است،اثر قابل توجهي در مهندسي تغذيه برق دارد. آنها عبارتند از:

الف- برق، برخلاف آب و گاز قابل ذخيره سازي نيست و توليد كننده در هر زمان كنترل كمی روی بار دارد. مهندسان كنترل ملزم هستند تا توان خروجي ژنراتورها را برابر با بار متصل شده با ولتاژ و فركانس معين تنظیم کنند. سختي اين كار با مطالعه نمودارهاي تغييرات روزانه بار مشخص مي­شود.

اسلاید 7 :

مشخصه های تأثيرگذار بر توليد و انتقال (ادامه)
ب- يك افزايش پيوسته در تقاضا براي برق سالانه وجود دارد. اگر چه در بسياري از كشورهاي صنعتي نرخ افزايش مصرف برق در سالهاي اخير كاهش يافته است، ولي حتي در كشورهاي با كمترين رشد مصرف، برق مصرفي به مقدار قابل توجهي در حال افزايش است. بنابراين يك روند افزاینده و پيوسته در مقدار تجهیزات تولید برق وجود دارد.

اسلاید 8 :

مشخصه های تأثيرگذار بر توليد و انتقال (ادامه)
ج- مسئله توزيع برق و طبيعت سوخت موجود از اهميت بالايي برخوردار است.از آنجائيكه سوخت های فسیلی و زغال سنگ در نواحي­ استخراج مي­شود كه لزوماً در مركز باراصلي نيست و برق هيدروالكتريك توليدي از سدها معمولاً از نواحي مراكز بارهاي بزرگ دور است، شركتهای برق با مشكل برپا كردن پستهاي برق روبرو شده و مجبور به انتقال توان در فواصل طولاني و مشكلات اقتصادي مربوط به آن را خواهند داشت.

اسلاید 9 :

مشخصه های تأثيرگذار بر توليد و انتقال (ادامه)
د- در سالهاي اخير ملاحظات زيست محيطي تأثير قابل توجهي در جايابي محل پستهاي برق، هزينه ساخت، و بهره برداري از واحدهاي توليد برق داشته است.
طراحي شبكه برق از تأثيرهاي حاصل از طي مراحل قانوني قبل از شروع پروژه نيز تأثير پذيرفته است. مخصوصاً امروزه سئوال اينكه اثر زيست محيطي واحدهاي تولید برق چقدر اهميت دارد، مطرح شده است.

اسلاید 10 :

تبديل انرژي الکتريکی
انرژی از حالتهای مختلف:
(مکانیکی ،حرارتی، پتانسیل، جنبشی، شیمیایی، فسیلی..)

قابل تبدیل به انرژی الکتریکی است

اسلاید 11 :

تبديل انرژي بوسيله بخار (نيروگاه های بخاری)
احتراق سوختهای فسیلی نظیر زغال سنگ ، گاز، يا نفت در مولد بخار باعث ايجاد بخار با درجه حرارت و فشار بالا شده كه به توربين بخار هدايت ميشود. نفت داراي مزيت هاي اقتصادي است چرا كه ميتواند از محل تصفيه از طريق خط لوله به طرف مولد هاي بخار در ايستگاه توليد برق تلمبه زده شود.

اسلاید 13 :

تبديل انرژي بوسيله بخار (نيروگاه های بخاری) -ادامه
افزايش بازده حرارتي در اثر استفاده از بخار در بالاترين فشار و دماي ممكن به وجود ميآيد. همچنين، براي ساختن اقتصادي توربين ها، از توربينهاي با اندازه هر چه بزرگتر و در نتيجه هزينه سرمايه گذاری اوليه بیشتر و هزینه بهره برداری كمتر استفاده شود.
در نتيجه واحدهاي توربين با ژنراتور بااندازه MW500 و بيشتر در حال حاضر مورد استفاه قرار مي­گيرند. راندمان توربين­هاي بخار با ظرفيت MW100 و بيشتر بااستفاده از حرارت دادن دوباره بخاري كه تا حدودي منبسط شده است توسط يك واحد باز گرمکن افزايش مي يابد. بخار دوباره حرارت داده شده سپس به سمت توربين بازگردانده ميشود و وارد قسمت ديگر توربين با فشار كمترشده در آنجا منبسط و انرژی آن تبدیل به انرژی مکانیکی ميشود.

اسلاید 14 :

تبديل انرژي به وسيله آب (نيروگاه های آبی)
احتمالاً قديمي ترين روش تبديل انرژي استفاده از قدرت آب است. در ايستگاه هيدروالكتريك انرژي آب بصورت رايگان در دسترس است. اين ويژگي جذاب هميشه به گونه اي توسط هزينه های بالاي سرمايه گذاری اولیه جهت ساخت نیروگاه، بخصوص هزینه های ساختمانی نیروگاه، تحت تاثیر قرار گرفته است. متاسفانه شرايط جغرافيايي لازم براي نیروگاه هيدروالكتريك بطور معمول پيدا نميشوند.

نیروگاه آبی به دوصورت استفاده از ” ذخیره آب پشت سد“ و“ نیروگاه جریانی ” مورد استفاده قرار می گیرند

يك راه معمول استفاده از انرژي آب،سیستم تلمبه-ذخيره اي است كه استفاده ازانرژی آب در شرايط غیر معمول را قادر مي سازد.

اسلاید 15 :

توربين هاي گازي (نيروگاه های گازی)
استفاده از توربين گازی به عنوان محرك اوليه داراي مزيت هاي خاصي نسبت به نیروگاههای بخاري است،اگرچه استفاده از آنها در حالت کار دایم کمتر اقتصادی است.
مهمترين مزيت توربين گازی در توانايي آن در راه اندازي و تغذیه سريع بار است. بنابراين توربين های گازی می توانند مورد استفاده براي مقابله با قله­هاي بار قرار گیرند.
از نقطه نظر اقتصادي مطلوب تر است كه با راه اندازي توربين هاي گازي که قادر هستند 2 دقیقه بعد از راه اندازی قله هاي بار را تغذیه کنند استفاده کنیم .

اسلاید 16 :

نيروگاه اتمي
استفاده از انرژي اتمي در توليد برق بطور چشم گيري در حال گسترش است. در اکثر این نیروگاه ها انرژي اتمی اساساً براي توليد بخار براي توربين ها استفاده مي­شود.
با افزایش ظرفیت توربینها،استفاده از توربينهاي بخار با محور افقي چند مرحله اي با سطوح فشار متفاوت روي يك محور معمول شده است.
استفاده از انرژی اتمی در نیروگاه اتمی به دو روش قابل بهره برداری است

اسلاید 18 :

توليد انرژی اتمی بروش شكست هسته(Fission)
تا به حال توان به صورت موفقيت آميز فقط از طريق عمل شكستن هسته كه مربوط به تقسیم هسته يك اتم است بدست آمده است.
در مقايسه با فرآيندهاي شيميایي مقدار زيادي انرژي به ازاي هر بار فعل و انفعال روي يك اتم باهر یک از دو عمل تركيب ویا شکستن هسته بدست مي­آيد
فلز تجزيه شده از سنگ معدن اورانیم عموما از دو ايزوتوپ تشكيل شده است، اورانيوم 238U- (بمیزان 99.3درصدوزني)و235-U (0.7 درصد). تنها اورانيوم 235U- قابل شكستن مي باشد. یعنی وقتي با نوترون های متحرك با سرعت كم برخورد مي كند هسته اتم آن به دو جزء کوچکتر و تعدادی نوترون و انرژي جنبشي زیادی تجزيه ميشود(ميشكند).

اسلاید 19 :

توليد انرژی اتمی بروش شكست هسته (Fission)- ادامه
اجزای کوچکتر تولید شده، كه در حال حركت با سرعت زياد هستند، قبل از ساكن شدن با اتم هاي اطراف برخورد كرده و حرارت توليد مي كنند. نوترون ها مجددا ادامه مسير داده و با اتم هاي ديگر برخورد كرده و شكست هاي هسته بيشتري را موجب ميشوند.
همانطور که تعداد نوترون ها افزايش می يابد، موجب مي شود كه در شرايط درست زنجيره هايی از واكنش به وجود آيد. در راكتورهاي معمولی نظر به اینکه برای شکست هسته نیاز به نوترون ها با سرعت كم می باشد،از تعديل كننده يا كنترل كننده برای كاهش سرعت حركت­ نوترون ها بمنظور بدست آوردن تجزيه هاي اتمي مفيدتر استفاده می شود.

اسلاید 20 :

جوش هسته(Fusion)
تركيب دو هسته اتم سبك و ايجاد يك هسته اتم سنگين تر را جوش یا تركيب هسته(fusion ) نامند که در اثر این واكنش انرژی بسیار زیادی نیز ایجاد می شود.
در این عمل احتیاج به انتشار نوترون نبوده وبرای تداوم عمليات تركيب هسته نیاز به دماي بسيار بالا برای ايجاد برخوردهاي پيوسته مي باشد.
مطلوب ترين سوخت ها در عمليات جوش هسته تركيب ايزوتوپ هاي هيدروژن كه ديوترويم (D) (جرم 2) و تريتيوم (T) (جرم 3) مي باشند. محصول تركيب هسته، ايزوتوپ هليم (جرم 3)، هيدروژن، نوترون و گرما مي باشد.