نیروگاه ها - Power Stations
نیروگاه ها - Power Stations
در دنیا 5 منبع انرژی ,که تقریبا تمام برق دنیا را مهیا می کنند , وجود دارد. آنها ذغال سنک, نفت خام, گاز طبیعی , نیروی آب و انرژی هسته ای هستند. تجهیزات هسته ای , ذغالی و نفتی از چرخه بخار برای برگرداندن گرما به انرژی الکتریکی : بر طبق ادامه متن : استفاده می کنند.
نیروگاه بخاری از آب بسیار خالص در یک چرخه یا سیکل بسته استفاده می کند. ابتدا آب در بویلرها برای تولید بخار در فشار و دمای بالا گرما داده می شود که عموما دماو فشارآن در یک نیروگاه مدرن به 150 اتمسفرو550 درجه سانتیگراد می رسد. این بخار تحت فشار زیاد توربینها را ( که آنها هم ژنراتورهای الکتریکی را می گردانند , و این ژنراتورها با توربینها بطور مستقیم کوپل هستند ) می گردانند یا اصطلاحا درایو می کنند. ماکزیمم انرژی از طریق بخار به توربینها داده خواهد شد فقط اگر بعداً همان بخاراجازه یابد در یک فشار کم ( بطور ایده آل فشار خلاء) از توربینها خارج شود . این مطلب می تواند توسط میعان بخار خروجی به آب بدست آید.
سپس آب دوباره بداخل بویلرها پمپ می شود و سیکل دوباره شروع می گردد. در مرحله تقطیر مقدرا زیادی از گرما مجبور است از سیستم استخراج شود. این گرما در کندانسور که یک شکل از تبادل کننده گرمایی است , برداشته می شود. مقدار بیشتری از گرمای آب ناخالص وارد یک طرف کندانسور می شود و آن را از طرف دیگر ترک می کند بصورت آب گرم , داشتن گرمای به اندازه کافی استخراج شده از بخار داغ برای تقطیر آن به آب. در هیچ نقطه ای نباید دو سیستم آبی مخلوط شوند. در یک سایت ساحلی آب ناخالص داغ شده به سادگی به دریا برگشت داده می شود در یک نقطه با فاصله کوتاه. یک نیروگاه 2 GW به حدود 60 تن آب دریا در هر ثانیه احتیاج دارد. این برای دریا مشکل نیست , اما در زمین تعداد کمی از سایتها می توانند اینقدر آب را در یک سال ذخیره کنند. چاره دیگر بازیافت آب است. برجهای خنک کن برای خنک کردن آب ناخالص استفاده می شوند بطوریکه آن می تواند به کندانسورها برگردانده بشود , بنابراین همان آب بطور متناوب بچرخش در می آید. یک برج خنک کن از روی ساحختار سیمانی اش که مانند یک دودکش خیلی پهن است شناخته شده است و بصورت مشابه نیز عمل می کند. حجم زیادی از هوا داخل اطراف پایه ( در پایین و داخل و مرکز لوله برج ) آن کشیده می شود و ازمیانه بالایی سرباز آن خارج میشود. آب گرم و ناخالص به داخل مرکز داخلی برج از تعدای آب پاش نرم ( آب پاش با سوراخهای ریز ) پاشیده می شود و هنگامیکه آن فرو میریزد با بالارفتن هوا( توسط هوای بالا رونده ) خنک می شود. سرانجام آب پس از خنک شدن در یک حوضچه در زیر برج جمع می شود. برج خنک کن وافعا یک تبدل دهنده کرمایی دوم , که گرمای آب ناخالص را به هوای اتمسفر می فرستد , است, اما نه مانند تبادل دهنده گرمایی اول , در اینجا دوسیال اجازه می یابند با هم تماس داشته باشند و در نتیجه مقداری ار آب توسط تبخیر کم می شود.
برجهای خنک کن هرگز قادر به کاهش دمای آب ناخالص تا پایینتر از دمای حدی هوا نیستند بطوریکه کارآیی کندانسور و ازآنجا کارآیی تمام نیروگاه در مقایسه با یک سایت ساحلی کاهش می یابد. همچنین ساختمان برجهای خنک کن قیمت کلی ساختمان و بنای نیروگاه را افزایش می دهد.
احتیاج برای خنک کردن آب یک فاکتور مهم در انتخاب سایت نیروگاهی زغالی , نفتی و هسته ای است. یک سایت که مناسب است برای یک نیروگاه که از یک نوع سوخت استفاده می کند بناچار مناسب نیست برای یک نیروگاه که ار نوع دیگری سوخت استفاده می کند.
نیروگاه های ذغال- سوختی ( Coal-Fired Power Stations )
پیش از این نیروگاه های سوخت ذغال سنگ نزدیک باری که آنها نامین میکردند ساخته می شدند. یک نیروگاه خروجی 2GW , درحدود 5 میلیون تن ذغال در سال مصرف میکند. در بریتانیا : که بیشتر ذغال نیروگاه توسط ریل حمل میشود : , این نشان میدهد , یک مقدار متوسط در حدود 13 ترن در روز را که هرکدام 1000تن را حمل میکنند . این یعنی اینکه نیروگاه های ذغال- سوختی به یک ریل متصل نیاز دارند مگر اینکه نیروگاه درست در دهانه معدن ( بسیار نزدیک به معدن ) ساخته شود.
نیروگاه های نفت- سوختی ( Oil-Fired Power Stations )
سوخت نفتی نیروگاه میتواند مشتق بشود به نفت خام که نفتی است هنگامیکه از چاه بیرون می آید, و نفت باقیمانده که باقی می ماند هنگامیکه بخشهای قابل دسترس استخراج بشوند در تصفیه نفت. قیمت انتقال نفت توسط خطوط لوله کمتر از انتقال ذغال سنگ با ریل است, اما حتی همان نیروگاههای سوخت نفت خام هم اغلب در نزدیکی اسکله ها و لنگرگاه های با آب عمیق که برای تانکرهای اندازه متوسط (تانکرهای حمل و نقل سوخت) مناسب است , واقع میشوند. نفت باقیمانده نیرگاههای سوختی احتیاج دارد در نزدیکی تصفیه خانه که آنها را تامین می کند واقه شوند. این بدلیل است که نفت باقیمانده بسیار چسبناک است و میتواند فقط منتقل بشود در میان خطوط لوله بطور اقتصادی اگر آن گرم نگه داشته بشود.
نیروگاه های هسته ای ( Nuclear Power Stations )
در مقابله با ذغال سنگ و نفت , ارزش انتقال سوخت هسته ای ناچیزاست بدلیل مقداراستعمال خیلی کم. یک نیروگاه 1GW درحدود 41/2 تن اورانیوم در هرهفته نیاز دارد. این مقایسه میشود بطور بسیار مطلوب با 50000نت سوخت که در یک هفته در نیروگاه ذغال- سوختی سوزانده میشد. نیروگاه های هسته ای در حال حاضر تقریبا آب خنک بیشتری درمقایسه با نیروگاه های ذغال- سوختی و نفت- سوختی استفاده میکنند , بعلت کارایی و بازده پایین آنها. همه نیروگاه های هسته ای در بریتانیا , با یک چشم داشت, در ساحل واقع می شوند و از آب خنک دریا استفاده میکنند.
نیروگاه های برق- آبی ( Hydroelectric Power Stations )
نیروگاه های برق- آبی باید جایی واقع شوند که دهانه آب دردسترس هست , و نظربه اینکه این اغلب در مناطق کوهستانی است , آنها ممکن است به خطوط انتقال طولانی برای حمل توان به نزدیک ترین مرکز یا پیوستن به شبکه نیاز داشته باشند. همه طرحهای برق- آبی به دو فاکتور اساسی وابسته هستند : یکی جریان آب و یکی اختلاف در سطح یا دهانه. نیاز دهانه ممکن است فراهم بشود بین یک دریاچه و یک دره باریک, یا توسط ساختن یک سد کوچک در یک رودخانه که جریان را منحرف میکند به سمت نیروگاه, یا توسط ساختن یک سد مرتفع در مقابل یک دره برای ساخت یک دریاچه مجازی.
سیگنالهای DC , AC
سیگنالهای DC , AC
AC به معنی جریان متناوب و DC به معنی جریان مستقیم می باشد . این دو مولفه گاهی به سیگنالهای الکتریکی ( مثلاً ولتاژ ) هم که جریان نیستند اطلاق می شود . بنابراین سیگنالهای الکتریکی جریان یا ولتاژی هستند که منتقل کننده اطلاعات ( که معمولا ولتاژ میباشد ) هستند .
جریان متناوب
AC
سیگنالهای متناوب در یک مسیر منتشر میشوند و سپس تغییر مسیر می دهند و این عمل دائماً تکرار می شود . یعنی ابتدا یک سیکل مثبت و بعد یک سیکل منفی و به همین ترتیب تکرار می شوند .
یک ولتاژ متناوب دائماً بین مثبت و منفی تغییر میکند و بصورت موجی تکرار میشود .
به هر تغییرات بین مثبت و منفی ، یک سیکل گفته می شود و واحد آن هرتز می باشد . در ایران وسائل الکتریکی با فرکانس 50 هرتز کار می کنند .
شکل بالا شکل موج یک منبع تغذیه متناوب است که به آن موج سینوسی اطلاق می شود و به شکل پائین از آنجا که مستقیماً بین مثبت و منفی تغییر می کند ، شکل موج مثلثی اطلاق می شود .
سیگنالهای متناوب برای راه اندازی وسائلی از قبیل لامپ ها و گرم کننده ها بکار می روند ولی اکثر مدارهای الکتریکی برای کار نیاز به یک ولتاژ مستقیم دارند که در زیر به آن اشاره شده است .
جریان مستقیم DC
جریان مستقیم همیشه در یک مسیر جاری می شود ( همیشه مثبت و یا همیشه منفی است ) ولی ممکن است میزان آن کاهش یا افزایش پیدا کند .
باتری ها و رگولاتورها ولتاژ مستقیم می دهند و این ولتاژ برای مدارهای الکترونیکی مناسب است . اکثر منابع تغذیه شامل یک تبدیل کننده ترانسفورماتوری هستند که جریان اصلی غیر مستقیم را به یک جریان غیر مستقیم کم و بی خطر تبدیل می کنند .
سپس این جریان کم و بی خطر توسط مدارات یکسو کننده جریان از غیر مستقیم به مستقیم تبدیل می شود . البته این ولتاژ مستقیم یک ولتاژ متغییر می باشد و برای مدارهای الکترونیکی مناسب نیست و لذا برای صاف کردن سطح ولتاژ مستقیم از یک خازن استفاده می شود تا ولتاژ مستقیم برای مدارات الکترونیکی حساس قابل استفاده شود .
در شکل مقابل بالا شکل موج یک ولتاژ مستقیم ثابت و یکنواخت که از طریق باتری تامین میشود نشانداده شده است .
شکل وسط یک ولتاژ مستقیم با صاف کننده سطح ولتاژ ( خازن ) است که مناسب بعضی از مدارهای الکترونیکی می باشد .و شکل پائین یک ولتاژ مستقیم بدون استفاده از خازن را نشان می دهد
مشخصات سیگنال های الکتریکی
همانطور که بیان شد ، سیگنالهای الکتریکی ولتاژ یا جریانی هستند که انتقال دهنده اطلاعات که معمولا ولتاژ است ، هستند .
در نمودار مقابل مشخصات مختلفی از سیگنال الکتریکی نشان داده شده است . یکی از این مشخصات فرکانس است که به تعداد سیکل ها در ثانیه اطلاق می شود .
Amplitude ماکزیمم ولتاژی است که سیگنال دارد و Peak voltage نام دیگری برای Amplitude است .
پیک تو پیک ( Peak-peak voltage ) دو برابر مقدار پیک ولتاژ می باشد .
دوره تناوب ( Time period ) زمانی است که برای طی شدن یک سیکل کامل نیاز است . این زمان بر حسب ثانیه اندازهگیری می شود و در زمانهای خیلی کوتاه از واحد های میکروثانیه هم استفاده می شود .
فرکانس ( Frequency ) به تعداد سیکل ها در هر ثانیه اطلاق می شود و واحد آن هرتز است . در اندازه گیری فرکانس های بالا از واحد های کیلوهرتز و مگاهرتز نیز استفاده می شود .
در ایران فرکانس شبکه برق 50 هرتز است بنابراین دوره تناوب برابر است با 20 میکروثانیه .
1/50 = 0.02s = 20ms.
هر کیلو هرتز برابر با هزار هرتز و هر مگاهرتز برابر را یک میلیون هرتز است .
1kHz = 1000Hz و 1MHz = 1000000Hz.
فرکانس =
1
و
دوره تناوب =
1
دوره تناوب
فرکانس
(ارزش و مقدار RMS ( ولتاژ مؤثر
در ولتاژ غیر مستقیم ، ولتاژ از صفر شروع و به پیک مثبت می رسد و دوباره به صفر رسیده و سپس به پیک منفی می رسد و لذا در بیشتر اوقات ، ولتاژ از مقدار پیک ولتاژ کمتر است . لذا از یک مقدار موثر استفاده می کنیم که همان RMS است . مقدار ولتاژ RMS برابر است با 0.7 ولتاژ پیک
VRMS = 0.7 × Vpeak and Vpeak = 1.4 × VRMS
ارزش یا معیار RMS یک ارزش موثر ولتاژ یا جریان متغییر می باشد ، بدین معنی که این ولتاژ تاثیر اصلیش در مدار معادل آن مقدار است . بعنوان مثال یک لامپ که به ولتاژ 6 ولت RMS متصل شده ، همان مقدار روشنائی را دارد که اگر به یک ولتاژ 6 ولت مستقیم متصل می شد .به هر حال نور لامپی که با ولتاژ 6 ولت RMS روشن شود ، کمتر است از نور لامپی که با 6 ولت مستقیم روشن شود . چون ولتاژ موثر 6 ولت غیر مستقیم برابر است با 2/4 ولت یعنی برابر با 2/4 ولت مستقیم نور می دهد .
بحث ولتاژ مؤثر این فکر را بوجود می اورد که مقدار RMS نوع دیگری از میانگین است ولی بخاطر داشته باشید که این مقدار قطعاً میانگین نیست . در واقع ولتاژ یا جریان میانگین غیر مستقیم ، صفر خواهد بود . چون بخش های مثبت و منفی سیگنال هم را خنثی می کنند و وقتی میانگین می گیریم ، میانگین براببر با صفر خواهد بود . بنابراین ولتاژ RMS قطعاً یک ولتاژ میانگین نیست .
اینک این سوال پیش می اید که یک ولتمتر AC چه مقداری را نشان می دهد ، مقدار مؤثر یا مقدار پیک ولتاژ ؟
پاسخ این است که ولتمترهای AC مقدار موثر ولتاژ یا جریان را نشان می دهند در ولتاژهای مستقیم هم مقدار مؤثر DC نشانداده می شود .
سؤال دیگری که مطرح است این است که بطور مثال 6 ولت مستقیم دقیقاً چه معنائی دارد ، مقدار مؤثر یا مقدار پیک ولتاژ معنی دارد ؟
در این موارد اگر منظور پیک ولتاژ باشد معمولاً قید می شود و در غیر اینصورت منظور مقدار مؤثر خواهد بود . برای مثال وقتی می گوئیم 6 ولت AC به معنی 6 ولت مؤثر است که پیک ولتاژ آن 8/6 ولت است .
در ایران ولتاژ 220 ولت برای مصارف عمده الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد ، این به معنی 220 ولت موثر بوده و پیک آن حدود 320 ولت است .
دستگاه اندازه گیری
تعریف گالوانومتر :
بسته به مقدار جریان اثرهای آن به میزان متفاوت بروز می کنند. بنابر این برای اندازه گیری جریان می توان از هر یک از اثرهای شیمیای ، گرمایی یا مغناطیسی آن استفاده کرد وسایلی که برای اندازه گیری جریان به کار می روند، گالوانومتر نامیده می شود.
گالوانومتر ساده :
ساده ترین نوع گالوانومتر با استفاده از اثر گرمایی جریان ساخته شده است. این گالوانومتر دارای دو سیم نازک است که یکی از سیم ها در دو انتهایش ثابتند. و جریان گذرنده از آن اندازه گیری می شود. سیم نازک و محکم دوم دور محور عقربه پیچیده شده است. وسط سیم کشیده اول را به فنر کشیده ای وصل می کنند که سر دیگرش به بدنه گالوانومتر متصل است.
بر اثر جریان ، سیم اول گرم و دراز می شود. رشته سیم که توسط فنر کشیده می شود عقربه گالوانومتر را به اندازه زاویه معینی می چرخاند که بستگی به دراز شدن سیم یعنی شدت جریان الکتریکی دارد. صفحه گالوانومتر برای جریان بر حسب آمپر ، میلی آمپر مدرج می شود. در این صورت گالوانومتر آمپرسنج یا میلی آمپر سنج نامیده می شود.
آمپرسنج برای اندازه گیری جریان:
برای اندازه گیری جریان گالوانومتر یا آمپرسنج باید طوری اتصال داده شود که جریان کل مدار بتواند از آن عبور کند. برای این منظور باید در نقطه ای مدار را قطع و دو انتهایش را به قطب آمپر سنج وصل کرد. به عبارت دیگر آمپرسنج را باید به طوری متوالی در مدار قرار داد. چون جریان حالت ثابت را اندازه می گیریم. اینکه وسیله را به کدام قسمت از مدار وصل کنیم اهمیتی ندارد در صورتیکه در جریانهای متغییر چنین نیست.
ولت سنج برای اندازه گیری ولتاژ :
با استفاده از گالوانومتر نه فقط جریان بلکه ولتاژ را نیز می توان اندازه گرفت. زیرا بنابر قانون اهم این کمیت ها متناسبند. اگر دو کمیت با یکدیگر متناسب باشند با وسیله ای که به طور مناسب مندرج شده باشد می توان هر دو کمیت را اندازه گرفت. مثلاً تاکسی متر که فاصله طی شده را اندازه می گیرد، می توان برحسب کیلومتر مدرج کرد. ولی چون کرایه با فاصله متناسب است، درجات شمارنده را بطور مستقیم به پول پرداختی مدرج می کنند. به طوری که مستقیماً کرایه را نشان می دهد.
به همین ترتیب صفحه گالوانومتر را می توان طوری مدرج کرد که بتواند بطور مستقیم هم جریان برحسب آمپر عبور کرده از وسیله و هم ولتاژ دو سر آن را برحسب ولت اندازه بگیرد. بنابر این گالوانومتری که برای جریان مدرج می شود آمپرسنج ، در حالی که وسیله ای که برای ولتاژ مدرج می شود و لت سنج نام دارد .
دستگاه ها ی مرکب :
در حالت کلی اگر جریان I از گالوانومتر عبور کند، باید بین قطب های ورودی و خروجی آن ولتاژ معین U وجود داشته باشد. فرض کنید که مقاومت داخلی گالوانومتر یعنی مقاومت قسمت هایی از آن که جریان از آنها عبور می کند، R باشد (برای گالوانومتر ها با مغناطیس دائمی R مجموع تاب و سیم های رابط است، در حالی که برای گالوانومترهای با سیم افروزشی R مجموع مقاومت سیم گرم شده و رابط هاست).
بنابر قانون اهم U=IR می باشد. پس برای یک گالوانومتر معین ، هر مقدار از جریان با مقدار معینی از ولتاژ در دو سر قطب های آن متناظر است. بنابر این جای قرار گرفتن عقربه می تواند هم جریان و هم ولتاژ را نشان دهد. یعنی دستگاه را می توان هم به عنوان آمپرسنج و هم به عنوان ولت سنج مدرج کرد.
چگونگی قراردادن ولت سنج در مدار :
با استفاده از یک ولت سنج مدرج می توان اختلاف پتاسیل الکتریکی بین هر دو نقطه از مدار را اندازه گرفت. مثلا اگر اختلاف پتاسیل دو سر یک لامپ رشته ای را که از چشمه جریانی تغذیه می کند بخواهید اندازه گیری کنید. باید دو سر ولت سنج را به دو سر لامپ ببندید. به عبارتی ولت سنج جهت سنجش اختلاف پتاسیل (ولتاژ) دو نقطه از مدار یا یک عنصری از مدار بصورت موازی در مداز گذاشته می شود.
به عبارتی ولتاژ گذرنده از ولت سنج همان ولتاژ تمامی قسمت هایی از مدار است که آرایش موازی با ولت سنج دارد. در صورتیکه در مورد آمپر سنج قرارگیری در مدار بصورت متوالی است. و با اندازه گیری جریان گذرنده از یک تکه از مدار جریان کل مدار را می دهد، که باید با جریان المان مداری اندازه گیری شده ، برابر باشد.
مقاومت درونی ولت سنج:
ولت سنج را به جزئی از مدار که ولتاژ دو سر آن باید اندازه گیری شود به طور موازی می بندند. و از این رو جریان معینی ازمدار اصلی از آن می گذرد. پس ازاینکه ولت سنج وصل شد، جریان و ولتاژ درمدار اصلی قدری تغییر می کند. به طوری که حالا مداری متفاوت از رساناها داریم، که شامل رساناهای قبلی و ولت سنج است. مثلا با اتصال ولت سنج با مقاومت Rv به طوری موازی با لامپی که مقاومتش Rb است مقاومت کل مدار بصورت
(R= Rb/(1+Rb/Rv خواهد بود. هر چه مقاومت ولت سنج در مقایسه با مقاومت لامپ بزرگتر باشد، اختلاف بین مقاومت ولت سنج باید تا حد امکان بزرگ اختیار شود. برای این منظور یک مقاومت اضافی را که ممکن است مقاومتش به چند هزار اهم برسد، گاهی به طور متوالی به قسمت اندازه گیر ولت سنج می بندند.
مقاومت درونی آمپرسنج :
برخلاف ولت سنج، آمپرسنج همیشه در مدار به طور متوالی بسته می شود اگر مقاومت آمپرسنج Ra و مقاومت مدار Rc باشد، مقاومت کل مدار با آمپرسنج برابر می شود با :
(R=Rc(1+Ra/Rc
بنابر این در صورتیکه مقاومت وسیله در مقایسه با مقاومت مدار کوچک باشد بر طبق رابطه اخیر وسیله مقاومت کل مدار را زیاد تغییر نمی دهند. بنابر این مقاومت آمپرسنج ها را خیلی کوچک انتخاب می کنند (چنددهم یاچندصدم اهم) .فایل طراحی تاسیسات الکتریکی یک بیمارستان
فایل کامل طراحی تاسیسات الکتریکی یک بیمارستان به صورت اتوکد "صرفا جهت اموزش طراحی"
در ادامه مطلب
ادامه مطلب ...
اموزش تصویری راه اندازی اینورتر امرون مدل mx2
موزش تصویری راه اندازی اینورتر امرون مدل mx2
ادامه مطلب ...
تنظیم سرعت شتاب گیری و توقف دور در اینورتر دلتا مدل m
کلیپی درباره تنظیم سرعت شتاب گیری و توقف دور موتور توسط اینورتر دلتا مدل m
در ادامه مطلب
راه اندازی موتور سه فاز با برق تکفاز
کلیپی درباره راه اندازی موتور سه فاز زیمنس ۰/۳۷ kw با برق تکفاز توسط خازن
در ادامه مطلب
ادامه مطلب ...