2.2. Теория переноса электрической энергии вдоль проводов.

Как было выше сказано, активная мощность передается по проводнику электронами, а реактивная мощность электрическим полем зарядов. Согласно основному положению теории Максвелла, изменяющееся электрическое поле вызывает появление магнитного поля. Согласно второму основному положению теории Максвелла изменяющееся магнитное поле вызывает появление электрического поля /4/. Полагается, что электрическое и магнитное поля, взаимно превращаясь и поддерживая друг друга, будут распространяться вдоль линии. Однако электрическое и магнитное поля рассматриваются между двумя проводами. При таком рассмотрении принято, что ток постоянно замыкается по контуру между проводами токами смещения и токами проводимости по проводнику. Такое рассмотрение не является реальным. Токи проводимости по проводнику измеряются тысячами Ампер, а токи смещения составляют микроамперы или миллиамперы.

Принято, что существуют два различных процесса передачи электроэнергии: с помощью токов проводимости и при помощи токов смещения (электромагнитных волн). Если быстрота изменения полей мала (малые частоты), то токами смещения можно пренебречь, по сравнению с токами проводимости и последние играют основную роль. В этом случае электрические явления существенно зависят от сопротивления линии и, следовательно, от материала проводов. Если же поля изменяются быстро (большие частоты), то основную роль играют токи смещения и электрические явления определяются электромагнитными волнами. При этом, основные процессы происходят между проводами, в окружающей среде, и электрические явления практически не зависят от свойств материала проводов /4/.

Генерация, трансформация и передача электрического тока имеют одинаковую физику процесса. В электрическом генераторе магнитное поле ротора пересекает обмотку статора, воздействуют на заряды (электроны) и приводят их в движение, появляется электрический ток. В трансформаторе магнитное поле первичной обмотки приводит в движение заряды в проводнике вторичной обмотки, таким образом, происходит трансформация электрической энергии.

В линии электропередачи электрический ток создает вокруг провода магнитное поле, которое движет заряды в проводнике, которое в свою очередь создает магнитное поле, таким образом, процесс идет непрерывно. Никакого постоянного превращения электрического поля в магнитный, и обратного превращения магнитного поля в электрический не имеет места.

Применение термина «передача электроэнергии электромагнитными волнами» спорно. По проводнику передается активная мощность под воздействием магнитного поля. Вместе с зарядами движется электрическое поле и им передается реактивная мощность.

В курсах ТОЭ и электрические сети вообще нет объяснения физики процесса переноса электроэнергии. Нужно включить отдельные разделы в эти курсы по теории передачи электрической энергии.

Мы считаем, что перенос электроэнергии происходит как за счет электронной электропроводности проводника, так и за счет электрического поля. Активная мощность передается по проводнику, а реактивная мощность передается электрическим полем.

Активный электрический ток имеет прямую связь с напряженностью электрического поля (ЭДС/м) законом Ома

j = γE,

где j – плотность тока,

Е — напряженность электрического поля (ЭДС),

γ- удельная электропроводность проводника.

Напряженность электрического поля Е равно разнице потенциалов начала и конца обмотки деленной на длину провода l

Е = U/l.

Согласно квантово – механической теории электропроводности металлов, найдены зависимость электропроводности от концентрации электронов, величины заряда, средней скорости упорядоченного движения зарядов. Плотность тока по этой теории

j = neν,

где n – концентрация электронов, е – заряд, ν- средняя скорость упорядоченного движения электронов, которая в свою очередь зависит от длины свободного пробега и мессы электрона.

Чем больше напряжение, тем сильнее сказывается электрическое поле, а магнитное поле пропорционально электрическому току. Электрическое и магнитное поля сдвинуты на 180 градусов. Они характеризуются емкостной и индуктивной реактивной мощностями. Они компенсируют друг друга. При преобладании электрического поля генерируемая линией емкостная реактивная мощность больше, чем потребляемая ею индуктивная мощность, и, наоборот, при преобладании магнитного поля индуктивная реактивная мощность больше, чем емкостная.

При передаче электрической энергии, активной мощности оказывает сопротивление активное сопротивление, емкостной реактивной мощности емкостное сопротивление, а индуктивной реактивной мощности индуктивное сопротивление цепи. В последовательной схеме расчет ведут по полному току.

В учебниках «Электрические сети и системы» /5.6.7/ все расчеты излагаются исходя из того, что все элементы электрической системы замещаются с сосредоточенными параметрами, где применимы законы Ома, Кирхгофа.

В отдельной главе, посвященной длинным сверхвысоковольтным линиям, передача электроэнергии принята электромагнитными волнами и с распределенными параметрами. Такое допущение принято и в других учебниках.

В литературе серьезно не обосновывается, в каких случаях имеет место передача электроэнергии токами проводимости или токами смещения (передача электромагнитными волнами), не объясняются причины перехода передачи электроэнергии токами проводимости к передаче токами смещения на линиях сверхвысокого напряжения. Не рассматриваются такие вопросы как зависимость вида электропередачи от частоты и ряд других.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

2.1. Теория передачи энергии путем взаимного превращения электрического и магнитного полей

В основах теории электричества часто утверждается, что электрические и магнитные поля связаны между собой и способны взаимно превращаться друг в друга. Также часто утверждается, что всякое изменение электрического поля вызывает появление магнитного и наоборот — всякое изменение магнитного поля вызывает изменение электрического поля. В /4/ говорится: «Между электрическими и магнитными полями существует глубокая внутренняя связь, проявляющаяся в том, что эти поля могут превращаться друг в друга. Поэтому электрическое и магнитные поля, взаимно превращаясь и поддерживая друг друга, будут распространяться вдоль линии. Это взаимное превращение электрического и магнитного полей было открыто в начале второй половины прошлого века Максвеллом». Максвелл изложил свою теорию в 1864 году в книге «Динамическая теория электромагнитного поля». В то время еще не были разработаны и созданы современные электрические станции, сверхвысоковольтные линии электропередач и энергетические системы. Многие теории создавались интуитивно и предположительно.

Проанализируем эту теорию о связи электрического и магнитного полей с учетом современных достижений науки и практики. Есть заряд – есть электрическое поле. Движется заряд — вместе с ним движется его электрическое поле. Движение заряда вызывает появление магнитного поля. Остановился заряд – не стало магнитного поля. Электрическое поле зависит от потенциала. Магнитное поле зависит от величины электрического тока.

Связь проявляется в том, что всякое изменение величины тока и напряжения пропорциональны между собой согласно закону Ома, соответственно пропорционально изменяются электрическое и магнитное поля. Таким образом, можно констатировать о наличие какого-то количественного соотношения между электрическим и магнитным полями.

Не выдерживает критики теория превращения электрического и магнитного поля друг в друга. Превращения одного поля в другое не наблюдается. Они без какого-либо физического вмешательства не могут превращаться друг в друга. Взаимное превращение электрического и магнитного поля невозможно себе представить. В линии присутствуют оба вида поля.

Трансформация электрического тока изменяет электрическое и магнитное поля. При повышении напряжения усиливается электрическое поле и обратно пропорционально уменьшается магнитное поле.

Очень важно обратить внимание на то, что генерация электрической энергии – это есть создание направленного движения зарядов в проводнике – обмотке электрической машины. Это будет необходимо при дальнейшем обсуждении теории передачи электроэнергии.

Спорным также является вопрос – что движет заряды электродвижущая сила (ЭДС) или магнитное поле. В классической теории ошибочно считается, что силой, создающей упорядоченное движение электронов, является сила со стороны электрического поля внутри проводника, которое определяется электрическим напряжением на концах провода /2/.

Также спорным является вопрос: посредством, каких процессов происходит распространение электрической энергии вдоль линии.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

Глава 2. Теории электропередачи

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

1.2. Теория генерации реактивной энергии

Электрическая машина как генератор помимо активной мощности вырабатывает и реактивную мощность, которая наряду с активной мощностью передается вдоль проводов. Ее выработка зависит от тока возбуждения, т.е. от величины магнитной индукции создаваемой ротором. На ее выработку не расходуется механическая мощность. Ее величина определяется электрическим полем, создаваемым магнитным полем возбуждения. Возникает реактивная составляющая напряжения. Часть этого напряжения компенсируется падением напряжения на индуктивном сопротивлении самого генератора. Напряжение на выводах генератора складывается из активной составляющей напряжения, пропорциональной активной мощности генератора и некомпенсированной части реактивной составляющей напряжения. При неизменной активной мощности генератора напряжение на выводах генератора регулируют изменением тока возбуждения, при этом меняется реактивная составляющая напряжения. В нормальном режиме напряжение на выводах генератора регулируется автоматически. При снижении напряжения на выводах генератора автоматически увеличивается реактивная составляющая, пропорционально увеличивается выработка реактивной составляющей мощности. Увеличение выработки реактивной мощности повышает напряжение. Таким образом, напряжение на выводах генератора поддерживается на требуемом уровне.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

1.1. Теория генерации активной энергии

В учебнике по электрическим машинам получение электрической энергии объясняется следующим образом. «Обмотка возбуждения на роторе создает магнитный поток возбуждения синхронной машины, который сцепляется с обмоткой статора и индуктирует в ней электродвижущую силу ЭДС» /1/. В /2/ говорится, что если внутри проводника напряженность электрического поля Е отлична от нуля, то в проводнике возникнет электрический ток, т.е. движение зарядов. В другом учебнике говорится «В теории электропроводности металлов механизм прохождения тока обусловлено движением свободных электронов под воздействием электрического поля».

В новой редакции учебника «Электрические машины /1/ говорится «Если ротор синхронной машины привести во вращение с некоторой частотой и возбудить его, то поток возбудителя Ф будет пересекать проводники обмотки статора и в последней будет индуктироваться ЭДС».

Таким образом, в теории электромагнитной индукции считается, что под действием магнитного поля в проводнике образуется электрическое поле, вызывающее электрический ток, такое объяснение не имеет физического смысла.

Есть и другое объяснение теории электромагнитной индукции. В контуре, пересекающем магнитное поле, под действием последнего связанные электроны становятся свободными, за счет их направленного движения появляется электрический ток и соответственно магнитное поле. Нужно считать, что такое толкование образование электрического тока за счет действия магнитного поля возбуждения, отвечает современному представлению. Свободные электроны образуют электрическое поле, а движение электронов образует магнитное поле.

Механическая энергия, преобразованная в электрическую — есть активная энергия, которая передается по проводнику электронной проводимостью. Надо признать, что такое утверждение требует доказательств.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

Глава 1. О теории генерации электрической энергии

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

Книга «О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии»

УДК 621.

Рекомендовано к печати решением Ученого совета КГТУ им.И. Раззакова

Протокол № от 30 апреля 2014г.

Рецензенты: Алымкулов К. А.- профессор, доктор технических наук,

Батырканов Ж. И. – профессор, доктор технически наук,

Кадыров И. Ш. — профессор, доктор технических наук.

Рахимов Калый Рахимович

О теориях генерации, реактивной мощности и передачи электроэнергии. /КГТУ им. И. Раззакова – Б. ИЦ «Текник», 2014, -75 стр.

ISBN

Рассматриваются теории генерации, реактивной мощности и передачи электрической энергии. Предлагается в теории генерации считать правильным образование электрического тока за счет магнитного поля, а не за счет электрического поля. Делается вывод, что активная мощность генерируется в обмотке, а реактивная мощность генерируется электрическим полем.

Утверждается, что принятая теория передачи электрической энергии по проводам электромагнитными волнами не верна, что активная электроэнергия передается электронной проводимостью проводника, а реактивная энергия электрическим полем.

Доказывается, что в электрической цепи не происходит удвоения частоты реактивных мощностей.

Вводятся понятия емкостная и индуктивная реактивная мощности, имеющие различную физическую природу. Емкостная реактивная мощность обуславливается электрическим, а индуктивная мощность магнитным полем.

Критикуется приводимая в учебниках теория устойчивости линии электропередачи.

Рассматриваются существующие методы расчета линий электропередач, предлагается метод расчета по балансу реактивных мощностей, по которому получаются результаты, хорошо совпадающие с измеренными значениями.

Приводятся сведения об источниках и потребителях реактивной мощности на примере Кыргызской энергосистемы и рассматриваются вопросы их компенсации. Приводятся данные по предлагаемым новым конструкциям шунтирующих реакторов для управления режимами линий, предлагается шире использовать возможности ГЭС, отказаться от применения шунтирующих реакторов на станциях.

Книга рассчитана на широкий круг читателей, в первую очередь специалистов-энергетиков, работников учебных, научных, проектных организаций и магистров, студентов энергетических специальностей.

УДК 621

ББК

Рахимов К.Р., 2014

Содержание:

Статьи и книги по теме:

О теориях генерации, передачи электроэнергии и реактивной мощности

РАХИМОВ К. Р.

О ТЕОРИЯХ ГЕНЕРАЦИИ, ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Бишкек 2014

Коротко о моем друге

Карыпбек Алымкулов (из книги «Юбилей Рахимова К.Р.»)

Очень часто люди преклонного возраста жалуются на быстротечность времени, на краткость человеческой жизни. И, действительно, так кажется, если не пробовать разложить проделанную за годы работу по этапам и по содержанию. На вершине прожитых лет таким подходом можно определить по-настоящему емкость, содержательность, качество и длительность жизни, которые соответствуют прожитым годам. Этими показателями, наверное, отличаются более трудолюбивые люди от менее трудолюбивых, более талантливые личности — от менее талантливых, не говоря уже о простых смертных.

Талант – это умение трудиться самозабвенно не только ради своего семейного благополучия, но и ради благосостояния своего любимого народа. Именно с этой точки зрения мне хотелось бы взглянуть на 75 лет жизни одного из моих друзей, выдающегося представителя науки и образования, прикладной энергетики Кыргызской республики, — профессора Калыя Рахимовича Рахимова. Знания по энергетике, полученные от учебы в ВУЗе и аспирантуре, в течение последних 50 лет из своих 75 он направляет на подготовку инженерных и научных кадров.

При этом, выполняя по заказу энергетических объектов страны нужные для них научные исследования практической направленности, он повышает свою научную квалификацию. По объему и содержанию выполненных работ его годы можно приравнять к десятилетиям жизни простого человека. Его перу принадлежат научные работы, где даются решения самых злободневных проблем энергосистемы и энергообеспечения населения, пути экономии топливных ресурсов страны, развитие гидроэлектроэнергетики, электроснабжение рассредоточенных потребителей малой мощности и др.

Если анализировать все, что делал он по науке, время растянется и хватит на жизни многих людей. К научным достижениям он шел через обучение своих учеников. Сегодня нет энергетических объектов в Кыргызстане, где не работали бы инженеры, составляющие его научную школу. А сколько их в странах СНГ и дальнего зарубежья!

В свои 75 лет он, как и прежде, весь в работе – читает лекции, проводит научные исследования, выглядит свежим, красивым и сильным. Таким его делает в таком возрасте его глубокий ум, широкая эрудиция, мужская честь и привлекающее всех обаяние.

Мне приятно признаться всем, что нас связывает 50-тилетняя дружба, а это великое доверие друг другу, которое невозможно ни обмануть, ни предать. Это доверие дает нам возможность видеть друг в друге печаль, скрывающуюся за улыбкой; любовь, скрывающуюся за гневом…

Энергетика

Книги и статьи

Юбилею Рахимова К.Р посвящается

От семьи Рахимовых (из книги «Юбилей Рахимова К.Р.»)

«Настоящий мужчина должен построить дом, посадить дерево и вырастить сына» — так гласит поговорка. Калый Рахимович Рахимов к своим 75 годам перевыполнил свои планы однозначно.

Он строил в свое время дом в своем родном селе, «с нуля» построил старую добрую дачу в Кок-Жаре, «дальнюю» дачу под Караколом, обустроил большую и уютную квартиру в городе, где сейчас живет большая половина Рахимовых, обживал и по сей день облагораживает загородный дом в Беш-Кунгее, и, возможно, будет его расширять или даже строить новый!

Очень сложно подсчитать, сколько всего посадил Калый Рахимович за свою жизнь! И фруктовые деревья, и декоративные, и даже тянь-шаньские ели! За кадром остаются студенческие субботники во Фрунзенском политехе, помощь друзьям и родственникам. А если еще подсчитать какой урожай получил за эти годы скромный проф. Рахимов, то ему можно было дать еще и звание почетного садовода-огородника!

По сыновьям план перевыполнен трижды: Бакыт, Мурат и Кубат. Каждый по-своему продолжает дело отца, так или иначе заложено генами и воспитанием желание познать мир и дать больше, чем берешь.

Бакыт закончил Московский инженерно-физический институт, Мурат – Ленинградский институт точной механики и оптики. Старшие сыновья пошли по пути отца, стали «технарями» и уже потом стали магистрами по менеджменту. Младший сын, Кубат, закончил Белорусский государственный университет по специальности «политэкономия», что, на самом деле, тоже явилось проекцией подхода отца, так как Калый Рахимович всегда занимает активную гражданскую позицию по насущным вопросам развития Кыргызстана и как экономист.

«Кто красен дочерьми да сынами в почете, тот в благодати», так гласит народная поговорка. План по сыновьям «доперевыполнен» еще и двумя дочерьми – Чинарой и Гульнарой. Они продолжили самое главное дело Калыя Рахимовича – «сеять разумное, доброе, вечное». Обе дочери преподают, причем в разных сферах, но гены и воспитание дают о себе знать и в этом случае.

Супруга Калыя Рахимовича, Изиля Абдуллаевна, и сейчас полна сил и энергии – пишет, переводит на кыргызский медицинскую и научно-популярную литературу. Наверно, тяжело было бы Калыю Рахимовичу в этой жизни, если бы не определенный элемент здорового научного соперничества …с собственной женой! Иногда Изиля Абдуллаевна, несмотря на количество детей и домашние хлопоты опережала и по монографиям, и по публикациям, и по авторским свидетельствам, но так или иначе баланс всегда соблюдался, справедливость торжествовала. Так что в каждом научном труде четы Рахимовых есть доля участия друг друга, иначе как бы они вместе прожили уже 53 года!

Отрадно, что в этой небольшой книге не просто отражен жизненный путь Калыя Рахимовича как энергетика, преподавателя, педагога, но и есть его научный опыт в совершенно другой сфере. Речь идет о статье об иссык-кульских сарт-калмаках. Сравнение различных исследований показывает глубокий научный подход Калыя Рахимовича в части доказательства того, что сарт-калмаки были и есть неотъемлемая часть кыргызского этноса, а мир, процветание и согласие в многонациональном Кыргызстане превыше всего.

Еще раз поздравляем Калыя Рахимовича с юбилеем и желаем ему долгих и счастливых лет жизни, побольше внуков и правнуков, дальнейшей успешной научной и преподавательской деятельности!

Семья Рахимовых.