Текст выступления:

Электр энергиясын өндіру, жеткізу және қолдану. Трансформатор
1. Электр энергиясын өндіру, жеткізу және қолдану: негізгі бағыттар мен өзекті мәселелер

Электр энергиясы – қазіргі заманғы қоғамның экономикалық дамуы мен техникалық ілгерілеуінің бастауы. Бұл энергияның рөлі ұлғайған сайын, оның өндірілу, жеткізілу және қолданылу әдістерін жетілдіру қажеттілігі де артады. Оның маңыздылығы өміріміздің күнделікті бөлшегіне айналып, өндірістен бастап тұрмыстық салаларға дейін кеңінен қолданылады. Бұл салада жаңа технологиялар мен экологиялық талаптардың бірігуі – энергетика болашағын анықтайтын негізгі факторлар.

2. Электр энергиясының даму тарихы мен қоғамдағы маңызы

XIX ғасырдың соңында алғашқы электростанциялар іске қосылып, электр қуаты барлық салада өзгерістер туғызды. Томас Эдисон мен Никола Тесла жасаған тұрақты және айнымалы ток технологиялары электр энергиясын тиімді әрі кең таратуға жол ашты. Қазақстанда XX ғасырдың басында азаматтық және өнеркәсіптік қажеттіліктерге арналған алғашқы электр желілері құрылды, бұл елдің индустриялық дамуының жаңа кезеңін бастады. Қазіргі таңда электр энергиясы өнеркәсіптің, ауыл шаруашылығы мен тұрғын үй секторларының негізгі энергия көзі болып табылады.

3. Электр энергиясын өндірудің негізгі әдістері мен көздері

Энергия өндірудің үш негізгі әдісі бар, олардың әрқайсысы ерекше ерекшеліктерге ие. Су электр станциялары экологиялық таза болып, су ресурстарын пайдалану арқылы елдің электр тәуелсіздігін қамтамасыз етеді, жалпы энергияның 20%-нан астамын өндіреді. Жылу электр станциялары көмір, мұнай және газ сияқты отындарды пайдаланып, жалпы өндірістің 60%-ын қамтамасыз етеді, бірақ экологиялық әсері жоғары екенін ескеру керек. Атом электр станциялары тұрақты және үздіксіз қуат бере отырып, көміртегі шығарындыларын азайтуда маңызды болып табылады. Осы әдістердің үйлесімі еліміздің энергетикалық қауіпсіздігін қамтамасыз етеді.

4. Жаңартылатын энергия көздері және жасыл энергетиканың дамуы

Жаңартылатын энергия көздері әлемдік энергетика саласында төңкеріс жасауда. Күн, жел және биомасса сияқты табиғи ресурстарды пайдалану экологиялық зиянды азайтып, энергияның тұрақты көздері ретінде дамуда. Қазақстанда жел және күн энергетикасына инвестициялар артып, жасыл технологияларды енгізу бағдарламалары жүзеге асырылуда. Бұл бағытта жасалған зерттеулер мен тәжірибелер энергия тиімділігін арттыруға, экологиялық тепе-теңдікті сақтауға мүмкіндік береді.

5. Электр энергиясын өндірудің экологиялық салдары

Жылу электр станцияларында көмір жағу нәтижесінде атмосфераға жыл сайын 10 миллион тоннадан астам көмірқышқыл газы бөлініп шығады, бұл климаттың жылынауына алып келеді. Энергия өндіру процесіндегі судың және ауаның ластануы биологиялық әртүрлілік пен табиғи ортаға кері әсерін тигізеді, осылайша экожүйелер теңсіздікке ұшырайды. Дегенмен, жаңартылатын энергия көздерін қолдану арқылы көмірқышқыл газын азайтып, табиғатқа зиянды төмендетуге болады, бұл экологиялық жағын жақсартудың тиімді жолы болып саналады.

6. Әлем елдеріндегі электр энергиясын өндіру үлестері – 2022

2022 жылы электр энергиясын өндіру саласында Азия елдері айтарлықтай өсім көрсетті, ал дамыған елдер жаңартылатын энергияға баса назар аударады. Қытай әлемдегі жетекші өндіруші ретінде танылып, экологиялық таза энергия көздеріне көшуді басты міндет етіп қойды. Бұл үрдіс ғаламдық энергетика саясаты мен климаттық мақсаттарға сай қозғалыстың айқын дәлелі болып табылады. Мұндай өзгерістер бүкіл әлемнің энергетикалық болашағын жаңа деңгейге көтереді.

7. Электр энергиясын жеткізу жүйесінің негізгі құрылымы

Электр энергиясын өндіру учаскесінен бастап, жеткізу жүйесі бірнеше кезеңнен тұрады. Алдымен, энергия жоғары кернеулі желілер арқылы ұзақ қашықтыққа жеткізіледі, бұл таратудың тиімділігін арттырады. Қосалқы станциялар кернеуді төмендетіп, оны таратуға дайындайды. Трансформаторлар кернеуді тұтынушыға сәйкес түрлендіріп, қауіпсіз жеткізілуін қамтамасыз етеді. Желі инфрақұрылымы мыңдаған шақырымды қамтып, үзіліссіз жұмыс істейді, бұл экономиканың барлық салалары үшін энергияның сенімді көзі болады.

8. Электр энергиясын жеткізу тізбегі: кезеңдер мен байланыстар

Энергияның көзі – электростанциялардан басталып, тұтынушыға дейінгі тізбек бірнеше маңызды саты арқылы өтеді. Алдымен, электр өндіріліп, жоғары кернеулі желілерге беріледі. Осыдан кейін қосалқы станциялар арқылы кернеу реттеліп, таралым сымдарына түседі. Тұтыну аймағына жақындаған сайын трансформаторлар арқылы кернеу қауіпсіз деңгейге түсіріледі. Осылайша, электр энергиясы өндірістен тұтынушыға дейінгі көп сатылы жүйеде сенімді және тиімді тасымалданады.

9. Қазақстандағы электр жүйесінің ерекшеліктері мен құрылымы

Қазақстанның электр жүйесі аса кең және күрделі инфрақұрылымға ие, ол республика ішінде және көрші елдермен байланыстарды қамтамасыз етеді. Елдің аумағында су, жылу және атом электр станциялары үйлесімді жұмыс істейді. Қоршаған ортаның ерекшеліктерін ескере отырып, жүйе экологиялық талаптарға бейімделген. Оның құрылымы электростанциялардан бастап, аумақтық тарату желілеріне дейінгі толық кешенді жүйеден тұрады, бұл ұлттық энергетикалық қауіпсіздікті нығайтады.

10. Электр энергиясын пайдаланудың негізгі салалары

Өнеркәсіп саласы электр энергиясын ең көп пайдаланатын сала, оның ішінде тау-кен және өңдеу өнеркәсібі басым позицияда. Тұрғын үй-коммуналдық сала тұтынудың шамамен 14%-ын құрайды, электр қуаты күнделікті тұрмыс үшін өте маңызды. Сондай-ақ, көлік пен байланыс салалары 8%-ға жуық қуатты тұтынып, тиімділік мәселесін алға шығарады, ал ауыл шаруашылығы саласы 4%-ды пайдаланады. Осы салаларда энергия тұтынудың ұтымдылығы әрі экономикалық маңызы зор.

11. Энергияны үнемдеу мен тиімділікті арттыру жолдары

Энергияны үнемдеу – қазіргі заманғы энергетикалық саясаттың басты бағыттарының бірі. LED жарықтандыруға көшу тұтынуды 10-15% төмендетуге мүмкіндік береді, бұл кәсіпорындар мен үйлердің шығындарын азайтады. Заманауи тұрмыстық техника энергияны тиімді пайдаланады, экологиялық тұрғыдан тиімді құрылғылар кеңінен қолданысқа енуде. Үй ғимараттарының оқшаулануы жылу жоғалтуды азайтып, энергияны тиімді пайдалануды қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, «Энергоүнемдеу - 2030» бағдарламасы аясында автоматтандырылған басқару жүйелері мен жаңартылатын энергия көздері қолданыста, бұл болашақтағы энергия тұтыну мәдениетін өзгертуге бағытталған.

12. Әлемдегі электр энергиясын тұтыну – 2022 ж., млрд кВт-сағ.

2022 жылғы деректерге сәйкес, АҚШ, Қытай, Ресей және Германия электр энергиясын ең көп тұтынатын елдер арасында. Қазақстанның тұтыну деңгейі аймақтық орташа көрсеткіштерге жақын, бірақ өңірлік ерекшеліктер байқалады. Бұл елдердің өндірістік секторларының көлеміне және экономикалық дамуына байланысты. Жалпы, өндірістік дамыған елдер электр энергиясын көп тұтынады, бұл олардың экономикалық активтілігінің көрсеткіші.

13. Электрмен жабдықтау жүйесінің қауіпсіздік аспектілері

Жоғары кернеулі сымдар адам өмірі мен денсаулығына үлкен қауіп төндіреді, сондықтан олардың айналасында абай болу қажеттігі айқын. Қауіпсіздікті қамтамасыз ету мақсатында оқшаулау, жерге қосу және арнайы қорғаныс құрылғылары қолданылады, бұл ақаулар мен апаттардың алдын алуға көмектеседі. Қазақстанда электр қауіпсіздігі мемлекеттік стандарттар мен Еңбек кодексінің талаптарына сай реттеледі, бұл жұмысшылар мен тұрғындардың қауіпсіздігін қорғауға бағытталған маңызды шара болып табылады.

14. Трансформатор: негізгі құрылысы және жұмыс істеу принципі

Трансформатор – электр энергиясының кернеу деңгейін өзгертуге арналған негізгі құрылғы. Оның құрамында бірінші және екінші орамдар, магнит өткізгіш, сондай-ақ корпус сияқты негізгі элементтер бар. Бұл конструкция энергияны тиімді және қауіпсіз түрде түрлендіруге мүмкіндік береді. Трансформатордың жұмыс істеу механизмінде айнымалы ток магнит ағынын тудырып, екінші орамда индукциялық кернеуді қалыптастырады. Осы принцип бойынша кернеу мен ток деңгейін қажетті бағытта өзгерту мүмкіндігі беріледі.

15. Трансформаторлардың жіктелуі мен негізгі түрлері

Қуатты трансформаторлар көбінесе электр станцияларында қолданылады және 35 кВ-тан 500 кВ-қа дейінгі кернеуді түрлендіруге арналған. Тарату трансформаторлары тұтынушыларға электр энергиясын жеткізуде маңызды рөл атқарады, олардың жұмыс кернеуі 6-35 кВ аралығында болады. Сонымен қатар, арнайы трансформаторлар зертханалық, өнеркәсіптік және медициналық салаларда ерекше мақсаттар үшін пайдаланылады, олардың құрылымы мен технологиялары арнайы талаптарға сай жасалған.

16. Трансформатордың қолданылу салалары мен маңыздылығы

Электр энергиясын алысқа тиімді жеткізу мәселесі адамзат тарихындағы маңызды технологиялық жетістіктердің бірі болып табылады. Осы саладағы негізгі құралдардың бірі — трансформаторлар. Олар жоғары кернеуге дейін электр тогын күшейтіп, кернеуді қажетті деңгейге дейін төмендету арқылы желілердің тиімділігін арттыруда маңызды рөл атқарады. Трансформаторлардың арқасында энергия тасымалының шығындары азайып, жүйенің сенімділігі артады.

Өндірістік желілерде трансформаторлар токтың тұрақтылығын қамтамасыз ете отырып, өндірістің үздіксіз және жоғары сапалы жұмысын қолдайды. Сонымен қатар, тұрмыстық құрылғыларда шағын трансформаторлар қолданылады, олар электроқұралдарды қорғап, тұрмыстық коммуникациялардың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Осындай көпқырлы пайдалану трансформаторлардың күнделікті өмірде де, ірі өнеркәсіптерде де маңыздылығын арттырады.

17. Трансформатор түрлері және пайдалану салалары

Трансформаторлардың ассортименті олардың өнімділігі мен қолданылу саласының кеңдігіне байланысты әр түрлі. Қуатты трансформаторлар ірі энергетикалық станциялар мен тарату нүктелерінде кеңінен қолданылады, ал тарату трансформаторлары қалалық электр желілерінде энергияны тұтынушыларға жеткізу үшін қолданылады. Арнайы трансформаторлар, мысалы, автокөлік құралдарына немесе медициналық жабдықтарға арналған трансформаторлар, ерекше талаптарға сай әзірленеді.

Кестедегі деректерге қарағанда, әрбір трансформатор түрі өзінің техникалық сипаттамалары мен қуат деңгейіне сәйкес нақты секторларда қолданылады. Бұл олардың функционалдығын және бағдарламалық сәйкестігін арттырады. ZVEI ұйымы 2022 жылғы зерттеулерінше, трансформаторлардың бұл жіктелуі олардың тиімді пайдалануын қамтамасыз етеді және энергетикалық жүйенің тұрақтылығын сақтауға көмектеседі.

18. Трансформатордың тиімділігі мен техникалық шығындары

Қазіргі заманғы трансформаторлар энергияны тиімді пайдалану тұрғысынан жоғары көрсеткіштерге ие болып, олардың энергияны 95-98% шамасында тиімді түрде тасымалдауы байқалады. Бұл көрсеткіштер электротехника саласындағы соңғы жаңалықтардың және жетілдіру жұмыстарының жемісі.

Дегенмен, трансформаторлардың жұмысы бірнеше техникалық қиындықтарға тап болады. Мысалы, ферромагниттік өзектерде гистерезис және құйынды токтар пайда болып, олар энергия шығынына әкеледі. Сонымен қатар, орамалардағы кедергілер трансформатордың жалпы өнімділігіне әсер етеді.

Бұл қиындықтарды шешу мақсатында инновациялық оқшаулау материалдары қолданыла бастады. Олар шығындарды азайтып қана қоймай, құрылғылардың сенімділігін арттырып, қызмет ету мерзімін ұзартуға мүмкіндік береді. Осындай технологиялық жетістіктер трансформаторлардың болашақтағы рөлін одан әрі күшейтеді.

19. Саладағы озық технологиялар және трансформатор жаңалықтары

Энергетикалық секторда технологиялық прогресс трансформаторлардың жұмысын жаңа деңгейге көтеруде. Сандық трансформаторлар қашықтан мониторинг жасау және диагностика жүргізу мүмкіндіктерін кеңейтіп, техникалық қызмет көрсету жұмыстарының сапасын жоғары деңгейге жеткізеді. Бұл ақаулардың алдын алу мен жөндеу жұмыстарын оңтайландырады.

Сонымен қатар, суперөткізгіш материалдарды қолдану қуат шығындарын айтарлықтай төмендетіп, құрылғының өнімділігін арттыруға септігін тигізеді. Бұл ғылыми зерттеулердің кезеңдік нәтижесі саналады.

Интеллектуалды электр желілері, немесе Smart Grid жүйелері, трансформаторлардың жұмысын жан-жақты автоматтандырып, жүйенің тұрақтылығы мен икемділігін арттырады. Олардың зияткерлік басқару жүйелері энергия тасымалын оңтайландырып, ресурстарды үнемдеуге үлес қосады. Мұның нәтижесінде экологиялық таза және экономикалық тұрғыда тиімді энергетикалық жүйелер құрылады.

20. Энергия жеткізуде трансформатордың маңызы

Цифрландыру мен жасыл технологиялардың дамуымен трансформаторлардың энергия тиімділігі мен сенімділігі маңызды факторға айналды. Бұл өзгерістер Қазақстанның энергетикалық жүйесінің тұрақтылығы мен болашағына зор үлес қосуда. Трансформаторлар — еліміздің экологиялық және экономикалық тұрақтылығын қамтамасыз ететін негізгі элементтердің бірі болып қалыптасуда, болашақ ұрпақ үшін таза және тиімді энергияның сенімді көзі ретінде өз орнын нығайтып келеді.

Дереккөздер

Котельникова Н.В. Энергетика и экологическая безопасность: Учебное пособие. - Москва, 2020.

Иванов А.П. Электротехника: основы и применение. - Санкт-Петербург, 2019.

Миронов В.С. Возобновляемая энергетика и устойчивое развитие. - Алматы, 2021.

Доклад МЭА: World Energy Outlook 2022. - Париж, 2022.

Республика Казахстан. Стратегия энергетического развития до 2030 года. - Нұр-Сұлтан, 2019.

Попов А.В. Электротехника основи. — М.: Высшая школа, 2018.

Иванов Ю.П., Сидоров К.В. Трансформаторы: теория и практика. — СПб.: Питер, 2020.

ZVEI. Трансформаторы: Отчет по исследованиям 2022 года. — Берлин, 2022.

Миронов В.С. Инновационные материалы в электромеханике. — Москва: Наука, 2019.

Кузнецова Л.Н. Интеллектуальные электрические сети. — Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2021.