گزارش کاراموزی جریان الکتریکی در صنعت برق

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
گزارش کاراموزي جريان الکتريکي در صنعت برق در 60 صفحه ورد قابل ويرايش

فهرست

عنوان صفحه

جريان الكتريكي 1

تاريخچه برق و الكتريسته 2

مشخصات جريان الكتريكي 2

سرعت رانش 4

چگالي جريان الكتريكي 4

اشكال مختلف جريان الكتريكي 5

اندازه گيري جريان الكتريكي 6

قانون اهم 7

آمپر متر چيست؟ 9

طرز كار آمپر متر 10

بكار بردن آمپر متر 12

مقاومت 14

توليد 16

تعاريف الكتريكي 17

تاريخچه توليد جريان الكتريسته 19

منابع انرژي اوليه بكار رفته در توليد برق 22

اتصال كوتاه برقي 24

برق اضطراري 26

انتقال توان الكتريكي 28

ورودي شبكه برق 29

خروجي شبكه 30

توليد 32

ژنراتور برقي(الكتريكي) 36

ديناموي گرام 38

مولدهاي جريان مستقيم 42

ماشين هاي الكتريكي جريان مستقيم 43

جريان متناوب 44

توزيع برق و تغذيه خانگي 45

فركانسهاي AC در كشورها 49

توليد برق 55

لرزش ديوارها هم برق توليد مي كند 66

نتيجه گيري 68

منابع 69


جريان الکتريکي در برق


جريان الکتريکي در برق ، جريان سرعت عبور الکترونها در يک سيم مسي يا جسم رسانا است. جريان قراردادي در تاريخ علم الکتريسته ابتدا به صورت عبور بارهاي مثبت تعريف شد. هر چند امروزه مي‌دانيم که در صورت داشتن رساناي فلزي ، جريان الکتريسته ناشي از عبور بارهاي منفي ، الکترون ها ، در جهت مخالف است. عليرغم اين درک اشتباه ، کماکان تعريف قراردادي جريان تغييري نکرده است. نمادي که عموما براي نشان دادن جريان الکتريکي (ميزان باري که در ثانيه از مقطع هادي عبور مي‌کند) در مدار بکار مي‌رود، I است.
تاريخچه برق و الكتريسيته

تاريخ الکتريسيته به 600 سال قبل از ميلاد مي‌رسد. در داستانهاي ميلتوس (Miletus) مي‌خوانيم که يک کهربا در اثر مالش کاه را جذب مي‌کند. مغناطيس از موقعي شناخته شد که مشاهده گرديد، بعضي از سنگها مثل مگنيتيت ، آهن را مي‌ربايند. الکتريسيته و مغناطيس ، در ابتدا جداگانه توسعه پيدا کردند، تا اين که در سال 1825 اورستد (Orested) رابطه‌اي بين آنها مشاهده کرد. بدين ترتيب اگر جرياني از سيم بگذرد مي‌تواند يک جسم مغناطيسي را تحت تأثير قرار دهد. بعدها فاراده کشف کرد که الکتريسيته و مغناطيس جدا از هم نيستند و در مبحث الکترومغناطيس قرار مي‌گيرد.
مشخصات جريان الکتريکي

از نظر تاريخي نماد جريان I ، از کلمه آلماني Intensit که به معني شدت است، گرفته شده است. واحد جريان الکتريکي در دستگاه SI ، آمپر است. به همين علت بعضي اوقات جريان الکتريکي بطور غير رسمي و به دليل همانندي با واژه ولتاژ ، آمپراژ خوانده مي‌شود. اما مهندسين از اين گونه استفاده ناشيانه ، ناراضي هستند.
آيا شدت جريان در نقاط مختلف هادي متفاوت است؟

شدت جريان در هر سطح مقطع از هادي مقدار ثابتي است و بستگي به مساحت مقطع ندارد. مانند اين که مقدار آبي که در هر سطح مقطع از لوله عبور مي‌کند، همواره در واحد زمان همه جا مساوي است، حتي اگر سطح مقطعها مختلف باشد. ثابت بودن جريان الکتريسيته از اين امر ناشي مي‌شود که بار الکتريکي در هادي حفظ مي‌شود. در هيچ نقطه‌اي بار الکتريکي نمي‌تواند روي هم متراکم شود و يا از هادي بيرون

ريخته شود. به عبارت ديگر در هادي چشمه يا چاهي براي بار الکتريکي وجود ندارد.



سرعت رانش

ميدان الکتريکي که بر روي الکترونهاي هادي اثر مي‌کند، هيچ گونه شتاب برآيندي ايجاد نمي‌کند. چون الکترون ها پيوسته با يونهاي هادي برخورد مي‌کنند. لذا انرژي حاصل از شتاب الکترونها به انرژي نوساني شبکه تبديل مي‌شود و الکترونها سرعت جريان متوسط ثابتي (سرعت رانش) در راستاي خلاف جهت ميدان الکتريکي بدست مي‌آورند.
چگالي جريان الکتريکي

جريان I يک مشخصه براي اجسام رسانا است و مانند جرم ، حجم و ... يک کميت کلي محسوب مي‌شود. در حالي که کميت ويژه‌ دانستيه يا چگالي جريان j است که يک کميت برداري است و همواره منسوب به يک نقطه از هادي مي‌باشد. در صورتي که جريان الکتريسيته در سطح مقطع يک هادي بطور يکنواخت جاري باشد، چگالي جريان براي تمام نقاط اين مقطع برابر j = I/A است. در اين رابطه A مساحت سطح مقطع است. بردار j در هر نقطه به طرفي که بار الکتريکي مثبت در آن نقطه حرکت مي‌کند، متوجه است و بدين ترتيب يک الکترون در آن نقطه در جهت j حرکت خواهد کرد.



اشکال مختلف جريان الکتريکي

در هاديهاي فلزي ، مانند سيمها ، جريان ناشي از عبور الکترونها است، اما اين امر در مورد اکثر هاديهاي غير فلزي صادق نيست. جريان الکتريکي در الکترون ها ، عبور اتمهاي باردار شده به صورت الکتريکي (يونها) است، که در هر دو نوع مثبت و منفي وجود دارند. براي مثال، يک پيل الکتروشيميايي ممکن است با آب نمک (يک محلول از کلريد سديم) در يک طرف غشا و آب خالص در طرف ديگر ساخته شود. غشا به يونهاي مثبت سديم اجازه عبور مي‌دهد، اما به يونهاي منفي کلر اين اجازه را نمي‌دهد. بنابراين يک جريان خالص ايجاد مي‌شود.

جريان الکتريکي در پلاسما عبور الکترونها ، مانند يونهاي مثبت و منفي است. در آب يخ زده و در برخي از الکتروليتهاي جامد ، عبور پروتون ها ، جريان الکتريکي را ايجاد مي‌کند. نمونه‌هايي هم وجود دارد که عليرغم اينکه در آنها ، الکترونها بارهايي هستند که از نظر فيزيکي حرکت مي‌کنند، اما تصور جريان مانند 'حفره‌هاي (نقاطي که براي خنثي شدن از نظر الکتريکي نياز به يک الکترون دارند) مثبت متحرک ، قابل فهم تر است. اين شرايطي است که در يک نيم هادي نوع p وجود دارد.
تاريخچه توليد جريان الكتريسيته

در تاريخ 1800 م در پي يک اختلاف حرفه اي بر سر واکنش گالوانيکي که از سوي لوييجي گالواني حمايت مي شد، الساندور ولتا پيل ولتايي خود را که مقدمه ابداع باتري بود، اختراع کرد که اين پيل جريان الکتريکي پايداري را ايجاد مي کرد. ولتا کشف کرده بود که موثرترين جفت فلز متفاوتي که جريان الکتريسته ايجاد مي کنند، روي و نقره اند.
در دهه 1800 م کنگره بين المللي الکتريکي که الان به نام کميسيون بين المللي الکترونيکي (IEC) معروف است، ولت را براي نيروي الکتروموتيو تصويب کرد. ولت به صورت اختلاف پتانسيل يک هادي وقتي که يک جريان يک آمپر توان يک وات را ايجاد مي کند، تعريف شد.
توليد الکتريسته

توليد و توزيع الکتريسيته اغلب در دستان بخش خصوصي يا دولتي که خدمات رفاهي عمومي را در اختيار دارند، بوده است. در سالهاي اخير برخي دولت ها به عنوان بخشي از حرکتي براي اعمال فشار بازار به حقوق انحصاري، شروع به خصوصي سازي يا شرکتي کردن اين خدمات رفاهي کرده اند. بازار الکتريسيته نيوزيلند مثالي از اين نوع است. تقاضاي الکتريسيته را مي توان به دو صورت ارضاء کرد. روش اول که تا کنون براي خدمات رفاهي به کار مي رفته است، ساختن پروژه هاي بزرگ توليد و ارسال الکتريسيته لازم به اقتصادهاي سوختي در حال رشد، است. بسياري از اين پروژه ها داراي تاثيرات زيست محيطي نامطلوب نظير آلودگي هوا يا آلودگي تشعشعي و آب گرفتگي بخش وسيعي از زمين، هستند. توليد پراکنده به عنوان روش جديدي (روش دوم) براي برطرف کردن تقاضاي الکتريکي، در نزديکي مصرف کننده ها شناخته شده است. پروژه هاي کوچک تر پراکنده داراي خصوصيات زير هستند:

ـ حفاظت در برابر خاموشي هاي برق ناشي از متوقف کردن نيروگاه هاي غير متمرکز يا خطوط انتقال به منظور تعمير، فريب بازار يا توقفهاي اضطراري.

ـ کاهش آلودگي.

ـ اجازه دادن به بازيگران کوچک تر براي ورود به بازارهاي انرژي.

روش هاي تبديل توان هاي ديگر به توان الکتريکي

توربين هاي دوار که به ژنراتورهاي الکتريکي متصل شده اند، اکثر الکتريسيته تجاري موجود را توليد مي کنند. توربين ها عموماً توسط بخار، آب، باد يا ديگر مايعات به عنوان يک واسطه حامل انرژي، گردانده مي شوند. پيل هاي سوختي که براي توليد الکتريسيته از مواد شيميايي مختلفي استفاده مي کنند، توسط برخي از مردم مناسب ترين منبع برق براي بلند مدت شناخته مي شوند، خصوصاً اگر بتوان از هيدروژن به عنوان ماده تغذيه در اين پيل ها استفاده کرد. اما به هرحال هيدروژن معمولاً تنها يک حامل انرژي است و بايستي توسط منابع توان ديگري ايجاد شود. ژنراتورهاي کوچک قابل حمل نيز عموماً توسط موتورهاي ديزل کار مي کنند که خصوصاً در کشتي ها، مکان هاي مسکوني دور افتاده و برق اضظطراري استفاده مي شوند.

منابع انرژي اوليه، بکار رفته در توليد برق

جهان امروز براي توليد انرژي بر زغال سنگ و گاز طبيعي تکيه مي کند. هزينه هاي بالاي مورد نياز براي انرژي هسته اي و ترس از خطرات اين انرژي، از دهه 1970م جلوي تاسيس نيروگاه هاي جديد هسته اي را در آمريکاي شمالي گرفته است. توربين هاي بخار را مي توان توسط بخارهاي ناشي از منابع زمين گرمايي، انرژي خورشيدي، مايعات، سوخت هاي فسيلي گازي و جامد، به راه انداخت. راکتورهاي هسته اي از انرژي ناشي از شکافت اورانيوم يا پلوتونيوم راديواکتيو براي توليد آزمايش‌هاي مربوط به گرما استفاده مي کنند. اين راکتورها اغلب از دو مدار بخار اوليه و ثانويه تشکيل شده تا يک لايه حفاظتي اضافي را بين محل قرار گرفتن سوخت هسته اي و اتاق ژنراتور قرار دهد. نيروگاه هاي برق آبي از آبي که مستقيماً از توربين ها عبور مي کند، براي راه اندازي ژنراتورها استفاده مي کنند. کنترل جزر و مد از نيروي ماه بر روي بدنه آب درياها براي گرداندن يک توربين استفاده مي کنند. ژنراتورهاي بادي از باد براي گرداندن توربين هايي که با يک ژنراتور مرتبط اند، استفاده مي کنند. يروگاه برق آبي ذخيره شده با پمپ براي هم سطح کردن تقاضاها روي يک شبکه برق به کار مي رود. توليد الکتريسيته توسط هم جوشي آزمايش‌هاي مربوط به گرما هسته اي به عنوان راه حلي ممکن براي توليد الکتريسيته پيشنهاد شده است. در حال حاضر برخي موانع فني و مسايل زيست محيطي در مسير اين راه وجود دارد که اگر برطرف شوند هم جوشي، يک منبع انرژي الکتريکي نسبتاً تميز و بي خطر را تامين خواهد کرد. پيش بيني مي شود که يک راکتور آزمايشي بزرگ «ITER) در سال 2005-2006 شروع به کار کند.


تصوير

اولين ژنراتور هيدروالکتريک بزرگ در آبشار نياگاراي ايالات متحده (که تحت ديدگاه فني ساخته و نصب شده بود) نصب شد و از طريق خطوط انتقال، الکتريسيته را براي بوفالو، نيويورک فراهم ساخت.


تلفات

به منظور کاهش درصد تلفات توان لازم است که الکتريسيته را در ولتاژهاي بالا انتقال دهيم. هرچه که ولتاژ بالاتر باشد جريان کمتر خواهد بود که اين امر اندازه ي کابل مورد نياز و ميزان انرژي تلف شده را کاهش مي دهد. انتقال در طول خطوط بلند معمولاً در ولتاژهاي 100 کيلو ولت و بالاتر صورت مي گيرد. تلفات انتقال و توزيع در ايالات متحده در سال 2003م 2/7 و در انگلستان در سال 1998م 4/7 درصد تخمين زده شده است. وقتي لازم است که توان را در طول خطوط بسيار بلند انتقال دهيم، استفاده از جريان مستقيم براي انتقال، به جاي جريان متناوب موثرتر ( و بنابراين اقتصادي تر) است. به دليل اينکه اين امر نيازمند هزينه کردن پول بسيار زيادي بر روي مبدل هاي توان AC/DC است، از اين روش تنها در هنگام انتقال مقادير بسيار زياد توان در طول خطوط بسيار بلند يا براي موقعيت هاي خاص، نظير يک کابل زير دريا انجام مي شود. همچنين به دليل طبيعت بارهايي که به شبکه وصل مي شوند، توان از بين مي رود؛ اين تلفات با نام ضريب توان بيان مي شود. اگر ضريب توان کم باشد بخش زيادي از توان هدر مي رود. شرکت هاي بهره بردار تلاش شايان توجهي را براي حفظ يک ضريب توان خوب صرف مي کنند.