Mis on trafo eesmärk?

Tõenäoliselt on enamik inimesi trafodest kuulnud ja on teadlikud, et need on osa alati ilmse, kuid endiselt liikumatust salapärane elektrivõrk, mis toimetab elektrit kodudesse, ettevõtetesse ja igasse teise kohta, kus on "mahl" vaja. Kuid tüüpiline inimene mõtleb elektritarnete peenemate punktide õppimisest, võib-olla seetõttu, et kogu protsess näib olevat varjatud ohus. Lapsed õpivad juba väiksest peale, et elekter võib olla väga ohtlik ja kõik mõistavad, et mis tahes elektriettevõtte juhtmed hoitakse mõjuval põhjusel kõrgel ja kättesaamatus kohas (või mõnikord maasse mattunud).

Kuid elektrivõrk on tegelikult inimtehnika võidukäik, ilma milleta poleks tsivilisatsiooni äratuntav sellest, mida täna elate. Trafo on elektri juhtimise ja tarnimise põhielement sellest punktist, kus see on toodetakse elektrijaamades kuni vahetult enne selle sisenemist koju, kontorihoonesse või muusse otsa sihtkoht.

Mõelge tammile, mis hoiab kunstjärve moodustamiseks miljoneid galloneid vett tagasi. Kuna seda järve toitev jõgi ei kanna piirkonda alati sama kogust vett ja tema veed kipuvad meres tõusma kevadel pärast lume sulamist paljudes piirkondades ja mõõn suvel kuivemal ajal, peavad kõik tõhusad ja ohutud tammid olema varustatud seadmetega mis võimaldavad vett paremini kontrollida kui lihtsalt peatada selle voolamist, kuni tase tõuseb nii palju, et vesi lihtsalt valgub üle sellest. Paisud sisaldavad seetõttu igasuguseid lüüsiväravaid ja muid mehhanisme, mis määravad, kui palju vett tuleb minna tammi allavoolu, sõltumata veesurve suurusest ülesvoolu küljel.

Trafo töötab umbes nii, välja arvatud see, et voolav materjal ei ole vesi, vaid elektrivool. Trafod võimaldavad manipuleerida elektrivõrgu mis tahes punktis voolava pinge tasemega (mida on üksikasjalikult kirjeldatud allpool) viisil, mis tasakaalustab ülekande efektiivsust põhiohutusega. On selge, et see on rahaliselt ja praktiliselt kasulik nii tarbijatele kui ka elektrijaama omanikele ja elektrivõrgust, et vältida elektrienergia kadumist elektrijaamast väljumise ja selle koju jõudmise või muu vahel sihtkohtadesse. Teisest küljest, kui enne teie koju sisenemist ei väheneks tüüpilise kõrgepingelise toitejuhtme kaudu kulgeva pinge hulk, põhjustaks see kaost ja katastroofi.

Pinge on elektrilise potentsiaalide erinevuse mõõt. Nomenklatuur võib tekitada segadust, sest paljud õpilased on kuulnud terminit "potentsiaalne energia", mis muudab pinge ja energia segiajamise lihtsaks. Tegelikult on pinge elektriline potentsiaalenergia laenguühiku kohta või džaulid kuloni kohta (J / C). Kulon on füüsikas elektrilaengu standardne ühik. Ühele elektronile määratakse -1,609 × 10^-19 coulombid, samas kui prooton kannab laengut, mis on võrdse suurusega, kuid vastupidine (st positiivne laeng).

Märksõna on siin tegelikult "erinevus". Põhjus, miks elektronid ühest kohast teise voolavad, on kahe võrdluspunkti pinge erinevus. Pinge tähistab vajaliku töö hulka ühiku eest laengu liikumiseks elektrivälja vastu esimesest punktist teise. Mastaabitaju saavutamiseks teadke, et pikamaaülekandetraadid kannavad tavaliselt 155 000 - 765 000 volti, samas kui koju sisenev pinge on tavaliselt 240 volti.

1880. aastatel kasutasid elektriteenuste pakkujad alalisvoolu. See oli täis kohustusi, sealhulgas asjaolu, et alalisvoolu ei olnud võimalik valgustuseks kasutada ja see oli väga ohtlik, nõudes paksu isolatsiooni. Selle aja jooksul tootis leiutaja nimega William Stanley induktsioonpooli, seadme, mis on võimeline looma vahelduvvoolu (AC). Sel ajal, kui Stanley selle leiutise välja mõtles, teadsid füüsikud vahelduvvoolu nähtust ja selle eeliseid energiavarustuse osas, kuid keegi polnud suutnud välja mõelda vahendit vahelduvvoolu tarnimiseks kaal. Stanley induktsioonimähis toimiks mallina seadme kõigi tulevaste variatsioonide jaoks.

Stanley sai peaaegu advokaadiks, enne kui otsustas elektrikuna töötada. Ta alustas New Yorgis enne Pittsburghi kolimist, kus asus tööle oma trafo kallal. Esimese munitsipaal-vahelduvvoolusüsteemi ehitas ta 1886. aastal Massachusettsis Great Barringtoni linnas. Pärast sajandivahetust ostis tema elektriettevõtte General Electric.

Trafo võib toitejuhtmete kaudu liikuvat pinget nii suurendada (suurendada) kui ka vähendada (vähendada). See on lõdvalt analoogne viisiga, kuidas vereringesüsteem võib sõltuvalt nõudlusest suurendada või vähendada teatud kehaosade verevarustust. Kui veri ("jõud") lahkub südamest ("elektrijaam"), võib see jõuda hargnemispunktide reani, lõpetades selle ülakeha asemel alakeha ja seejärel vasaku asemel paremale jalale ning reie asemel vasikale, jne. Seda reguleerib sihtorganite ja kudede veresoonte laienemine või kitsendamine. Kui elektrijaamas toodetakse elektrit, suurendavad trafod kaugülekande eesmärgil pinget mõnest tuhandest sadade tuhandeteni. Kui need juhtmed jõuavad punktidesse, mida nimetatakse jõujaamadeks, vähendavad trafod pinget alla 10 000 volti. Tõenäoliselt olete oma reisidel näinud neid alajaamu ja nende kesktaseme trafosid; trafod asuvad tavaliselt kastides ja sarnanevad natuke teeäärde istutatud külmikutega.

Kui elekter nendest jaamadest väljub, mida ta võib tavaliselt teha mitmes erinevas suunas, siis ka kohtab teisi trafosid oma lõpp-punktile lähemal alajaotustes, naabruskondades ja üksikisikutes kodud. Need trafod vähendavad pinget alla 10 000 volti 240 lähedusse - üle 1000 korra vähem kui pikamaa kõrgepingejuhtmete puhul täheldatavad tüüpilised maksimaalsed tasemed.

Trafod on loomulikult ainult üks nn elektrivõrgu komponent, juhtmete süsteemi nimi, lülitid ja muud seadmed, mis toodavad, saadavad ja juhivad elektrit kohast, kuhu see on toodetud lõpuks kasutatakse.

Esimene samm elektrienergia loomisel on generaatori võlli pöörlemine. Alates 2018. aastast kasutatakse seda enamasti fossiilkütuse, näiteks kivisöe, nafta või maagaasi, põletamisel eraldunud auru abil. Tuumaelektrijaamad ja muud "puhta" energia generaatorid, näiteks hüdroelektrijaamad ja tuuleveskid, võivad samuti kasutada või toota generaatori käitamiseks vajalikku energiat. Igal juhul nimetatakse nendes jaamades tekkivat elektrit kolmefaasiliseks. Seda seetõttu, et need vahelduvvoolugeneraatorid loovad elektrit, mis kõigub määratud miinimumi ja maksimumi vahel pingetase ja kõik kolm faasi nihutatakse 120 kraadi võrra ees ja taga olevatest aeg. (Kujutage ette, kui kõnnite edasi-tagasi üle 12-meetrise tänava, kui kaks teist inimest teevad sama, tehes 24-meetrise edasi-tagasi, välja arvatud see, et üks kahest ülejäänud inimesest on alati sinust 8 meetrit ees ja teine ​​8 meetrit taga sina. Mõnel juhul kõnnite kaks teist ühes suunas, samal ajal kui teinekord kõnnite kahes teises suunas, muutes oma liigutuste summat, kuid ettearvataval viisil. Kolmefaasiline vahelduvvoolutoit töötab nii lõdvalt.)

Enne kui elektrijaam elektrijaamast väljub, kohtub see esimest korda trafoga. See on ainus hetk, kus elektrivõrgu trafod pinget märkimisväärselt suurendavad, mitte ei vähenda. Seda sammu on vaja, sest seejärel jõuab elekter suurtesse ülekandeliinidesse kolme kaupa, üks iga võimsusfaasi jaoks, ja mõned neist võivad läbida umbes 300 miili.

Mingil hetkel kohtab elekter elektrijaama, kus trafod vähendavad pinget a-ni tase sobib madalama klahviga elektriliinidele, mida näete linnaosades või kulgevad mööda maapiirkondi kiirteed. Siin toimub elektrienergia tarnimise faas (vastupidiselt ülekandele), kuna liinid jätavad tavaliselt voolu alajaamad mitmes suunas, täpselt nagu mitmed arterid, mis hargnevad peamistest veresoontest enam-vähem samal viisil ristmik.

Elektrijaamast läheb elekter naabruskondadesse ja lahkub kohalikest elektriliinidest (mis on tavaliselt "telefonipostidel"), et siseneda üksikutesse elamutesse. Väiksemad trafod (paljud neist näevad välja nagu väikesed metallist prügikastid) vähendavad pinget umbes 240-voldiseks, nii et see võib siseneda kodudesse ilma suure tulekahju või muu tõsise äparduseta.

Trafod ei pea mitte ainult pinget manipuleerima, vaid peavad olema ka kahjustuste suhtes vastupidavad, olgu selleks siis loodustegevus nagu tuuletormid või sihikindlad inimeste loodud rünnakud. Elektrivõrku ei ole võimalik hoida elementide või inimeste pahatahtlike käeulatusest eemal, kuid sama on ka elektrivõrk tänapäeva elu jaoks ülioluline. See haavatavuse ja vajalikkuse kombinatsioon on sundinud USA sisejulgeolekuministeeriumi üles võtma huvi Ameerika elektrivõrgu suurimate trafode vastu, mida nimetatakse suurteks trafodeks, või LPT. Nende elektrijaamades paiknevate massiivsete trafode funktsioon, mis võivad kaaluda 100–400 tonni ja maksavad miljoneid dollarit, on igapäevaelu säilitamiseks hädavajalik, kuna ühe rike võib põhjustada elektrikatkestusi laias laastus piirkonnas. Need on trafod, mis suurendavad pinget dramaatiliselt enne, kui elekter siseneb kaugmaa kõrgepingejuhtmetesse.

Alates 2012. aastast oli LPT keskmine vanus USA-s umbes 40 aastat. Mõnede tänapäevaste tipp-kõrgepinge (EHV) trafode nimiväärtus on 345 000 volti ja nõudlus trafode järele kasvab nii USA-s ja kogu maailmas, sundides USA valitsust otsima võimalusi olemasolevate LPT-de asendamiseks ja uute väljatöötamiseks suhteliselt madalal tasemel maksumus.

Trafo on põhimõtteliselt suur nelinurkne magnet, mille keskel on auk. Elekter siseneb trafo ümber mitu korda mähitud juhtmete kaudu ühelt poolt ja lahkub teiselt poolt trafo ümber mitu korda mähitud juhtmete kaudu. Elektri sisestamine indutseerib trafos magnetvälja, mis omakorda indutseerib teistes juhtmetes elektrivälja, mis kannavad seejärel trafost voolu eemale.

Füüsika tasandil töötab trafo, kasutades ära Faraday seadust, mis ütleb, et kahe mähise pinge suhe võrdub vastavate mähiste pöörete arvu suhtega. Seega, kui trafos on vaja alandatud pinget, sisaldab teine ​​(väljuv) mähis vähem pöördeid kui esmane (sissetulev) mähis.