Схемы передачи и распределения электроэнергии: подстанции, необходимое оборудование, условия распределения, применение, правила учета и контроля

Каким образом происходит распределение электроэнергии и ее передача от основного источника питания к потребителю? Данный вопрос достаточно сложный, так как источником является подстанция, которая может находиться на значительном расстоянии от города, но при этом энергия должна доставляться с максимальным КПД. Этот вопрос стоит рассматривать более детально.

Общее описание процесса

Как говорилось ранее, начальным объектом, откуда начинается распределение электроэнергии, на сегодняшний день является электрическая станция. В наше время существует три основных типа станции, которые могут снабжать потребителей электричеством. Это может быть тепловая электрическая станция (ТЭС), гидроэлектростанция (ГЭС) и атомная электрическая станция (АЭС). Помимо этих основных типов, есть также солнечные или ветровые станции, однако они используются для более локальных целей.

Эти три типа станция является и источником и первой точкой распределения электроэнергии. Для того чтобы осуществить такой процесс, как передача электрической энергии, необходимо значительно увеличить напряжение. Чем дальше находится потребитель, тем выше должно быть напряжение. Так, увеличение может доходить до 1150 кВ. Повышение напряжения необходимо для того, чтобы снизилась сила тока. В таком случае также падает и сопротивление в проводах. Такой эффект позволяет передавать ток с наименьшими потерями мощности. Для того чтобы повышать напряжение до нужного значения, каждая станция имеет повышающий трансформатор. После прохождения участка с трансформатором, электрический ток при помощи ЛЭП передается на ЦРП. ЦРП – это центральная распределительная станция, где осуществляется непосредственное распределение электроэнергии.

Общее описание пути тока

Такие объекты, как ЦРП, находятся уже в непосредственной близости от городов, сел и т. д. Здесь происходит не только распределение, но и понижение напряжения до 220 или же 110 кВ. После этого электроэнергия передается на подстанции, расположенные уже в черте города.

При прохождении таких небольших подстанций напряжение понижается еще раз, но уже до 6-10 кВ. После этого осуществляется передача и распределение электроэнергии по трансформаторным пунктам, расположенным по разным участкам города. Здесь также стоит отметить, что передача энергии в черте города к ТП осуществляется уже не при помощи ЛЭП, а при помощи проложенных подземных кабелей. Это гораздо целесообразнее, чем применение ЛЭП. Трансформаторный пункт – это последний объект, на котором происходит распределение и передача электроэнергии, а также ее понижение в последний раз. На таких участках напряжение снижается до уже привычных 0,4 кВ, то есть 380 В. Далее оно передается в частные, многоэтажные дома, гаражные кооперативы и т. д.

Если кратко рассмотреть путь передачи, то он примерно следующий: источник энергии (электростанция на 10 кВ) – трансформатор повышающего типа до 110-1150 кВ – ЛЭП – подстанция с трансформатором понижающего типа – трансформаторный пункт с понижением напряжения до 10-0,4 кВ – потребители (частный сектор, жилые дома и т. д.).

Особенности процесса

Производство и распределение электроэнергии, а также процесс ее передачи обладает важной особенностью – все эти процессы являются непрерывными. Другими словами, производство электрической энергии совпадает по времени с процессом ее потребления, из-за чего электрические станции, сети и приемники связаны между собой таким понятием, как общность режима. Данное свойство вызывает необходимость организации энергетических систем, чтобы более эффективно заниматься производством и распределением электроэнергии.

Здесь очень важно понимать, что представляет собой такая энергетическая система. Это совокупность всех станций, линий электропередач, подстанций и других тепловых сетей, которые соединены между собой таким свойством, как общность режима, а также единым процессом производства электрической энергии. Кроме того, процессы преобразования и распределения на данных участках осуществляются под общим управлением всей этой системы.

Основная рабочая единица в таких системах – это электроустановка. Это оборудование предназначено для производства, преобразования, передачи и распределения электроэнергии. Получение данной энергии осуществляется электрическими приемниками. Что касается самих установок, то в зависимости от рабочего напряжения, они делятся на два класса. Первая категория работает с напряжением до 1000 В, а вторая, наоборот, с напряжением от 1000 В и выше.

Кроме того, имеются также специальные устройства для получения, передачи и распределения электроэнергии – распределительное устройство (РУ). Это электроустановка, которая состоит из таких конструкционных элементов, как сборные и соединительные шины, аппараты для коммутации и защиты, автоматика, телемеханика, приборы для измерения и вспомогательные устройства. Данные агрегаты также делятся на две категории. Первая – это открытые аппараты, которые могут эксплуатироваться на открытом воздухе, и закрытые, применяющиеся только при расположении внутри здания. Что касается эксплуатации в черте города таких устройств, то в большинстве случаев используется именно второй вариант.

Одним из последних рубежей системы передачи и распределения электроэнергии является подстанция. Это объект, который состоит из РУ до 1000 В и от 1000 В, а также силовых трансформаторов и других вспомогательных агрегатов.

Рассмотрение схемы распределения энергии

Для того чтобы более детально рассмотреть процесс производства, передачи и распределения электроэнергии, можно взять в пример структурную схему снабжения электрической энергией города.

В таком случае процесс начинается с того, что генераторы на ГРЭС (государственная районная электростанция) вырабатывают напряжение 6, 10 или 20 кВ. При наличии такого напряжения передавать его на расстояние более чем 4-6 км не экономично, так как будут большие потери. Для того чтобы значительно уменьшить потерю мощности, в линию передачи включается силовой трансформатор, который предназначен для повышения напряжения до таких значений, как 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 кВ. Значение выбирается в зависимости от того, насколько далеко находится потребитель. После этого следует пункт понижения электрической энергии, который представлен в виде понижающей подстанции, находящейся в черте города. Напряжение уменьшается до 6-10 кВ. Здесь стоит добавить, что такая подстанция состоит из двух частей. Первая часть открытого типа рассчитана на напряжение 110-220 кВ. Вторая часть – закрытая, включает в себя устройство распределения электроэнергии (РУ), рассчитанное на напряжение в 6-10 кВ.

Участки схемы поставки электроэнергии

Помимо тех устройств, что были перечислены ранее, в систему снабжения энергией входят также такие объекты, как питающая кабельная линия – ПКЛ, распределительная кабельная линия – РКЛ, кабельная линия с напряжением в 0,4 кВ – КЛ, распределительное устройство вводного типа в жилом доме – ВРУ, главная понижающая подстанция на заводе – ГПП, шкаф распределения электроэнергии или же щитовое устройство ЩУ, размещаемое в цехе завода, и рассчитанное на 0,4 кВ.

Также в схеме может присутствовать такой участок, как центр питания – ЦП. Здесь важно отметить, что этот объект может быть представлен в виду двух разных устройств. Это может быть распределительное устройство вторичного напряжения на понижающей подстанции. Кроме того, в его состав будет также входить прибор, который будет выполнять функции регулировки напряжения и последующей поставки его к потребителям. Второй вариант исполнения – это трансформатор, для передачи и распределения электроэнергии, или же распределительное устройство генераторного напряжения непосредственно на электрической станции.

Стоит отметить, что ЦП всегда соединяется с распределительным пунктом РП. Линия, которая соединяет эти два объекта, не имеет распределения электрической энергии по всей своей длине. Такие линии обычно называют кабельными.

На сегодняшний день в энергосети может использоваться такое оборудование, как КТП – комплектная трансформаторная подстанция. Она представляет собой несколько трансформаторов, распределительное или же вводное устройство, рассчитанное на работу с напряжением в 6-10 кВ. Также в комплект входит распределительное устройство на 0,4 кВ. Все эти приборы соединены между собой токопроводами, а поставляется комплект в уже готовом либо в готовом для сборки виде. Прием и распределение электроэнергии может также происходить на на высоких конструкциях или же на опорах линий электропередачи. Такие конструкции называются либо столбовыми, либо мачтовыми трансформаторными подстанциями (МТП).

Первая категория электрических приемников

На сегодняшний день имеется три категории электроприемников, которые отличаются между собой степенью надежности.

К первой категории электрических приемников относятся те объекты, при нарушении электроснабжения которых возникают достаточно серьезные проблемы. К последним относят следующее: угроза жизни человеку, сильные ущерб народному хозяйству, повреждение дорогого оборудования из основной группы, массовый брак продукции, разрушение устоявшегося технологического процесса получения и распределения электроэнергии, возможное нарушение в работе важных элементов коммунального хозяйства. К таким электроприемникам относятся здания с большим скоплением людей, к примеру, театр, универсам, универмаг и т. д. Также к этой группе принадлежит и электрифицированный транспорт (метро, троллейбус, трамвай).

Что касается снабжения электроэнергией данных сооружений, то они должны обеспечиваться электричеством от двух источников, которые независимы друг от друга. Отключение от сети таких построек допускается лишь на срок, в течение которого будет запускаться резервный источник питания. Другими словами, система распределения электроэнергии должна предусматривать быстрый переход от одного источника на другой, в случае аварийной ситуации. Независимым источником питания в данном случае считается тот, на котором сохранится напряжение даже в том случае, если на других источниках, питающих один и тот же электроприемник, оно пропадет.

К первой категории также относятся устройства, которые должны питаться сразу от трех независимых источников. Это особая группа, работа которой должна быть обеспечена в бесперебойном режиме. То есть не допускается отключение от электропитания даже на время включения аварийного источника. Чаще всего к такой группе относят приемники, выход из строя которых влечет за собой возникновение угрозы для жизни человека (взрыв, пожар и т. д.).

Вторая и третья категория приемников

Системы распределения электроэнергии с подключением второй категории электрических приемников включают в свой состав такое оборудование, при отключении питании которого возникнет массовый простой рабочих механизмов и промышленного транспорта, недоотпуск продукции, а также нарушения деятельности массового количества людей, проживающих как в черте города, так и за ее пределами. К такой группе электроприемников относятся жилые дома выше 4 этажа, школы и больницы, силовые установки, отключение питания которых не повлечет за собой выход из строя дорогостоящего оборудования, а также другие группы электрических потребителей с общей нагрузкой от 400 до 10 000 кВ.

В качестве источников энергии данной категории должны выступать две независимые станции. Кроме того, отключение от основного источника питания этих объектов допускается до тех пор, пока дежурный персонал не запустит в работу резервный источник, или же это не сделает дежурная бригада рабочих ближайшей электроснабжающей станции.

Что касается третьей категории приемников, то к ним принадлежат все оставшиеся устройства, которые могут питаться всего от 1 источника питания. Кроме того, отключение от сети таких приемников допускается на время ремонта или замены поврежденного оборудования на срок не более суток.

Принципиальная схема снабжения и распределения электрической энергии

Контроль распределения электроэнергии и ее передачу от источника к приемнику третьей категории в черте города легче всего осуществлять, применяя радиальную тупиковую схему. Однако такая схема обладает одним существенным недостатком, который заключается в том, что при выходе одного любого элемента системы из строя без электроэнергии будут оставаться все приемники, подключенные к такой схеме. Так будет продолжаться до тех пор, пока не будет заменен поврежденный участок цепи. Из-за данного недостатка применять такую схему включения не рекомендуется.

Если говорить о схеме подключения и распределения энергии для приемников второй и третьей категории, то здесь можно использовать кольцевую принципиальную схему. При таком подключении, если произойдет сбой в работе одной из линии электропередачи, можно восстановить электроснабжение всех приемников, подключенных к такой сети в ручном режиме, если отключить питание от основного источника и запустить резервный. Кольцевая схема отличается от радиальной тем, что у нее имеются специальные участки, на которых в отключенном режиме находятся разъединители или же выключатели. При повреждении основного источника питания их можно включить, чтобы восстановить подачу, но уже от резервной линии. Также это будет служить хорошим преимуществом в том случае, если на основной линии необходимо провести какие-либо ремонтные работы. Перерыв в электроснабжении такой линии допускается на срок около двух часов. Этого времени хватает для того, чтобы отключить поврежденный основной источник питания и подключить к сети резервный, чтобы он осуществлял распределение электроэнергии.

Есть еще более надежный способ подключения и распределения энергии – это схема с параллельным включением двух питающих линий или же введение автоматического подключения резервного источника. При наличии такой схемы поврежденная линия будет отключаться от общей системы распределения при помощи двух выключателей, расположенных с каждого конца линии. Снабжение же электричеством в таком случае будет осуществляться во все еще бесперебойном режиме, но уже по второй линии. Такая схема актуальна для приемников второй категории.

Схемы распределения для первой категории приемников

Что касается распределения энергии для питания приемников первой категории, то в данном случае необходимо подключение от двух независимых центров питания одновременно. Кроме того, в таких схемах часто используется не один распределительный пункт, а два, а также всегда предусмотрена система автоматического включения резервного питания.

Для электрических приемников, которые принадлежат к первой категории, автоматика переключения на резервное питание устанавливается на вводно-распределительных устройствах. При такой системе подключения распределение электрического тока осуществляется при помощи двух силовых линий, каждая из которых характеризуется напряжением до 1 кВ, а также подключаются к независимым трансформаторам.

Другие схемы распределения и питания приемников

Для того чтобы максимально эффективно распределять электроэнергию по приемникам второй категории, можно использовать схему с максимальной токовой защитой одного или двух РП, а также схему с автоматическим включением резервного питания. Однако здесь есть определенное требование. Использовать эти схемы можно лишь в том случае, если затраты материальных средств на их обустройство не вырастут более чем на 5%, по сравнению с обустройством ручного перехода на резервный источник питания. Кроме того, обустраивать такие участки необходимо таким образом, чтобы одна линия могла принять на себя нагрузку со второй, с учетом кратковременной перегрузки. Это необходимо, так как при выходе из строя одной из них распределение всего напряжения перейдет на оставшуюся одну.

Существует довольно распространенная лучевая схема подключения и распределения. В таком случае один распределительный пункт будет питаться от двух разных трансформаторов. К каждому из них подводится кабель, напряжение в котором не превышает 1000 В. На каждом из трансформаторов также устанавливается по одному контактору, который предназначен для того, чтобы в автоматическом режиме переключить нагрузку с одного силового агрегата на другой, если на каком-либо из них пропадет напряжение.

Если подводить итог о надежности сети, то это одно и наиболее важных требований, которое необходимо соблюдать, чтобы распределение энергии не прерывалось. Чтобы достичь максимального показателя надежности, нужно не только использовать наиболее подходящие схемы снабжения для каждой категории. Важно также правильно подбирать марки кабелей, а также их толщину и сечение с учетом их нагрева и потерями мощности при протекании тока. Немаловажно также соблюдать правила технической эксплуатации и технологию проведения все электромонтажных работ.

Исходя из всего выше сказанного, можно сделать вывод, что устройство приема и распределения электроэнергии, а также поставка от источника к конечному потребителю или приемнику – это не такой уж и сложный процесс.

Урок 44. Получение, передача и распределение электроэнергии.

Производство, передача и распределение электроэнергии.

   Проблема обеспечения энергией уже в самое ближайшее время станет одной из наиболее острых среди глобальных проблем человечества. Более 60% энергии вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС) на органическом топливе (уголь, нефтепродукты, газ, торф), примерно 18% — на атомных (АЭС) и гидроэлектростанциях (ГЭС), а остальные 2% — на солнечных, ветровых, геотермальных и прочих электростанциях.

   Производство электрической энергии в России концентрируется преимущественно на крупных электростанциях. Потребители электрической энергии – промышленность, строительство, электрифицированный транспорт, сельское хозяйство, сфера бытового обслуживания расположены в городах и сельской местности. Центры потребления электроэнергии, как правило, удалены от ее источников зачастую на расстояния в сотни и даже тысячи километров и распределены на значительной территории. В связи с этим возникает задача транспортирования электроэнергии от станций к потребителям. Эту задачу выполняют электрические сети, состоящие из линий электропередачи (ЛЭП) и подстанций.

   Передача электрической энергии от электростанций до больших городов или промышленных центров на расстояния тысяч километров является сложной научно-технической проблемой.

   Для уменьшения потерь на нагревания проводов необходимо уменьшить силу тока в линии передачи (ЛЭП), и, следовательно, увеличить напряжение. Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток переменной частоты 50 Гц. На рисунке представлена схема линии передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. Схема дает представление об использовании трансформаторов при передаче электроэнергии.

   Следует отметить, что при повышении напряжения в линиях передачи увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть так называемый коронный разряд, который можно обнаружить по характерному потрескиванию. Коэффициент полезного действия линии передач не превышает 90 %.

 

Условная схема высоковольтной линии передачи. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках линии. На схеме изображен только один из трех проводов высоковольтной линии.

Среди приборов переменного тока, нашедших широкое применение в технике, значительное место занимают трансформаторы.

Трансформатор –

прибор для преобразования напряжения и силы переменного тока при неизменной частоте.

Он был изобретен П. Н. Яблочковым в 1876 году. В 1882 году трансформатор был усовершенствован И. Ф. Усагиным.

Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении электромагнитной индукции.

Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы из магнитомягкого материала, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная.

Первичная обмотка подсоединяется к источнику переменного тока с ЭДС e₁(t), поэтому в ней возникает ток J₁(t), создающий в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Φ, который практически без рассеяния циркулирует по замкнутому магнитному сердечнику и, следовательно, пронизывает все витки первичной и вторичной обмоток.

В режиме холостого хода, то есть при разомкнутой цепи вторичной обмотки

, ток в первичной обмотке весьма мал из-за большого индуктивного сопротивления обмотки. В этом режиме трансформатор потребляет небольшую мощность.

В режиме нагрузки в цепь вторичной обмотки включается сопротивление нагрузки R_н, и в ней возникает переменный ток J₂(t). Теперь полный магнитный поток Φ в сердечнике создается обоими токами. Но согласно правилу Ленца магнитный поток Φ₂, создаваемый индуцированным во вторичной обмотке током J₂, направлен навстречу потоку Φ₁, создаваемому током J₁ в первичной обмотке: Φ = Φ₁ – Φ₂. Отсюда следует, что токи J₁ и J₂ изменяются в противофазе, то есть имеют фазовый сдвиг, равный 180°.

Коэффициент k=n₁/n₂ есть коэффициент трансформации.

При k>1 трансформатор называется

повышающим, при k<1 – понижающим.

Написанные выше соотношения, строго говоря, применимы только к идеальному трансформатору, в котором нет рассеяния магнитного потока и отсутствуют потери энергии на джоулево тепло. Эти потери могут быть связаны с наличием активного сопротивления самих обмоток и возникновением индукционных токов (токов Фуко) в сердечнике. Для уменьшения токов Фуко сердечники трансформатора изготавливают обычно из тонких стальных листов, изолированных друг от друга. Существует еще один механизм потерь энергии, связанный с гистерезисными явлениями в сердечнике. При циклическом перемагничивании ферромагнитных материалов возникают потери электромагнитной энергии, прямо пропорциональные площади петли гистерезиса.

У хороших современных трансформаторов потери энергии при нагрузках, близких к номинальным, не превышает 1–2 %, поэтому к ним приближенно применима теория идеального трансформатора.

Если пренебречь потерями энергии, то мощность

P₁, потребляемая идеальным трансформатором от источника переменного тока, равна мощности P₂, передаваемой нагрузке.

 

как осуществляется передача и получение

Современную жизнь трудно представить без электричества. Каждый день люди греют воду, пользуются компьютером и даже заряжают машину. Это говорит о том, что каждый аспект жизни неразрывно связан с электроэнергией. Но откуда она берется, как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния, почему люди так зависят от полезных ископаемых рассмотрено ниже.

Суть явления

В отличие от природных ресурсов вроде газа, электроэнергию невозможно закачивать в хранилища и брать оттуда столько, сколько нужно. Поэтому выработка электроэнергии напрямую зависит от потребления. Когда спрос на электричество больше, электростанция вырабатывает больше электроэнергии.

Повседневное использование электроэнергии

Таким образом, передачу электрического тока можно охарактеризовать как непрерывный процесс выработки, транспортировки и потребления. На государственном уровне передача электроэнергии относится к вопросам стратегической безопасности и является приоритетной задачей, на инфраструктуру которой ежегодно выделяются огромные суммы бюджетных средств.

Например, в России в 2018 году на благоустройство энергетической инфраструктуры было потрачено 30 миллиардов долларов.

Дополнительная информация. Недавно в Австралии была запущена первая в мире аккумулирующая электроэнергию станция фирмы Тесла. Саму электроэнергию добывают ветряки, которые заряжают гигантский блок батарей. От них энергия уже передается конечному потребителю по проводам. Таким образом, люди не остаются без электричества в безветренный день.

Решение проблемы ветряков аккумуляцией электроэнергии

Получение и передача

Для начала стоит затронуть тему получения энергии. За последние 150 лет человечество сделало огромный шаг в разработке способов добычи электричества. Сегодня используются невозобновляемые источники, например, сжигание угля и газа, и возобновляемые — движения воды, ветра.

Лучшие умы планеты работают над совершенствованием возобновляемых технологий добычи, проще говоря экологически чистых источников. Ведь потребление энергии растет с каждым годом и электростанциям приходится сжигать все больше угля и газа, тем самым исчерпывая природные запасы и нанося вред экологии. Другое дело ветряк или ГЭС, для которых ветер и вода никогда не закончатся. Но КПД от них пока крайне мал.

Виды электростанций

Так как в большинстве стран СНГ главным поставщиком электричества в дома являются местные ТЭС (Тепловые электростанции, работающие от угля, нефти или газа), нужно рассмотреть процесс получения именно на их примере.

Схема выработки энергии от сжигания полезных ископаемых на ТЭС

Как видно, процесс происходит следующим образом:

1. Уголь и воздух подаются в топку.
2. Жар от топки разогревает воду и превращает ее в пар.
3. Пар под давлением подается на турбину.
4. Мощный поток пара заставляет турбину вращаться.
5. Вместе с турбиной начинает вращаться ротор генератора, который уже преобразует механическое движение в электричество.

Конечный смысл любой ЭС, неважно на каких источниках она работает, заключается во вращении турбины. На тепловых станциях турбину вращает пар, на ГЭС ­вода, в ветряке ветер.

Ввиду дороговизны строить в каждом городе по электростанции невозможно. На деле большинство станций обеспечивают электричеством один крупный мегаполис и сотни приближенных сел, деревень и ПГТ.

Прежде чем попасть в населенный пункт, добытая энергия проходит десятки, а то и сотни километров. Тут стоит рассказать о том, каким образом ток вообще путешествует по проводам.

После выхода с генератора станции электрический ток попадает на трансформатор для повышения напряжения до 1150 кВ. Зачем это делается? Чем больше напряжение, тем меньше электричество теряет свою мощность, путешествуя по кабелю. Но, что еще немаловажно — это затраты на передачу электричества. Чем выше напряжение, тем меньшего сечения провода нужны. Чем тоньше кабель, тем меньше в нем проводящего металла. Чем меньше металла, тем он дешевле.

Высоковольтные линии электропередачи

Тем не менее, существует и некоторый эффект рассеивания электричества. Пока ток пройдет сотню километров, он неизбежно потеряет некоторое количество своей мощности. Так же снижение КПД зависит от силы сопротивления металла в кабеле.

Дополнительная информация. Ученые рассматривают вопрос об исключении проводов из цепочки передачи электроэнергии. Для этого планируется использовать всем знакомую технологию Wi-Fi.

ЛЭП

Тут стоит рассказать о том, какие сети используются для передачи электроэнергии. От электростанции до конечного потребителя электричество проходит не только через повышающий трансформатор и высоковольтные линии. Если посмотреть на современный город с высоты, можно заметить целый клубок проводов, образующий единую сеть.

Чтобы попасть к потребителю, с высоковольтных линий ток заново поступает в трансформатор, но на этот раз напряжение понижается. После чего он подается на распределительную сеть и расходится на промышленные предприятия, которые имеют свою подстанцию для получения нужного им напряжения, на городские подстанции, которые расформировывают электричество по магистральным кабелям и на районные подстанции.

Городская подстанция

От районных подстанций через линии электропередач электричество подается в частные, многоквартирные дома и объекты инфраструктуры. В спальных микрорайонах кабеля от подстанций в основном прокладывают под землей, откуда они выходят уже на щиток подъезда, который дальше распределяет ток на каждую розетку и лампочку в доме.

Силовой ящик многоэтажки

Схемы передачи

На первый взгляд полная схема передачи электроэнергии от вращающейся турбины до розетки квартиры может показаться сложной и запутанной, но если посмотреть на схему, то все становится на свои места.

Структурная схема электроснабжения

Стоит обратить внимание, что если в городе нет промышленных предприятий, то подстанции для промышленного объекта и всей представленной для нее ветви в реальности не будет. Все остальные объекты электрической инфраструктуры будут присутствовать до изобретения беспроводной передачи.

На приведенной выше схеме можно заметить магистральные кабельные линии. Они могут быть двух типов — одиночные и с двухсторонним питанием. Двухсторонние сегодня более распространены, так как одиночные менее надежны, плюс на них тяжело отыскать место повреждения. Таким образом, конечный пользователь всегда снабжен электричеством, и поломки на магистралях ему незаметны.

Схема двухсторонней магистрали

Электричество получают, используя возобновляемые и невозобновляемые источники энергии для вращения турбины. Турбина приводит в действие ротор генератора, который и генерирует электричество. Для передачи тока трансформатор увеличивает его напряжение, а перед тем, как пустить его на городскую сеть, напряжение понижают обратно. Таким образом уменьшаются потери и затраты на строительство сетей. После этого электричество подается на городскую подстанцию, которая запитывает районные подстанции, а уже от них прокладываются разветвленные линии конечным потребителям.

Как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям

Ни для кого не секрет, что электричество в наш дом попадает от электростанций, являющихся основными источниками электроэнергии. Однако между нами (потребителями) и станцией может быть сотни километров и через все это дальнее расстояние ток должен каким-то образом передаваться с максимальным КПД. В этой статье мы, собственно, и рассмотрим, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям.

Маршрут транспортировки электричества

Итак, как мы уже сказали, начальной точкой является электрическая станция, которая, собственно, и генерирует электроэнергию. На сегодняшний день основными видами электростанций являются гидро- (ГЭС), тепло- (ТЭС) и атомные (АЭС). Помимо этого бывают солнечные, ветровые и геотермальные эл. станции.

Далее от источника электричество передается к потребителям, которые могут находиться на дальних расстояниях. Чтобы осуществить передачу электроэнергии, нужно повысить напряжение с помощью повышающих трансформаторов (напряжение могут повысить вплоть до 1150 кВ, в зависимости от расстояния).

Почему электроэнергия передается при повышенном напряжении? Все очень просто. Вспомним формулу электрической мощности — P=UI, тогда если передавать энергию к потребителю, то чем выше напряжение на линии электропередач — тем меньше ток в проводах, при той же потребляемой мощности. Благодаря этому можно строить ЛЭП с большим напряжением, уменьшив сечение проводов, по сравнению с ЛЭП с низшим напряжением. Значит и сократятся расходы на строительство — чем тоньше провода, тем они дешевле.

Соответственно от станции электричество передается на повышающий трансформатор (при необходимости), а после этого с помощью ЛЭП осуществляется передача электроэнергии на ЦРП (центрально распределительные подстанции). Последние, в свою очередь, находятся в городах или в близком расстоянии от них. На ЦРП происходит понижение напряжения до 220 или же 110 кВ, откуда электроэнергия передается к подстанциям.

Далее напряжение еще раз понижают (уже до 6-10 кВ) и происходит распределение электрической энергии по трансформаторным пунктам, именуемым также ТП. К трансформаторным пунктам электричество может передаваться не по ЛЭП, а подземной кабельной линией, т.к. в городских условиях это будет более целесообразно. Дело в том, что стоимость полосы отчуждения в городах достаточно высокая и более выгодно будет прокопать траншею и заложить кабель в ней, нежели занимать место на поверхности.

От трансформаторных пунктов электроэнергия передается к многоэтажным домам, постройкам частного сектора, гаражному кооперативу и т.д. Обращаем ваше внимание на то, что на ТП напряжение еще раз понижается, уже до привычных нам 0,4 кВ (сеть 380 вольт).

Если кратко рассмотреть маршрут передачи электроэнергии от источника к потребителям, то он выглядит следующим образом: электростанция (к примеру, 10 кВ) – повышающая трансформаторная подстанция (от 110 до 1150 кв) – ЛЭП – понижающая трансформаторная подстанция – ТП (10-0,4 кВ) – жилые дома.

Вот таким способом электричество передается по проводам в наш дом. Как вы видите, схема передачи и распределения электроэнергии к потребителям не слишком сложная, все зависит от того, насколько большое расстояние.

Наглядно увидеть, как электрическая энергия поступает в города и доходит до жилого сектора, вы можете на картинке ниже:

Более подробно об этом вопросе рассказывают эксперты:

Как электричество поступает от источника к потребителю

Что еще важно знать

Также хотелось пару слов сказать о моментах, которые пересекаются с этим вопросом. Во-первых, уже достаточно долго проводятся исследования на тему того, как осуществить передачу электроэнергии без проводов. Существует множество идей, но самым перспективным на сегодняшний день решением является использование беспроводной технологии WI-Fi. Учёные из Вашингтонского университета выяснили, что этот способ вполне реален и приступили к более подробному исследованию вопроса.

Во-вторых, на сегодняшний день по ЛЭП передается переменный ток, а не постоянный. Это связано с тем, что преобразовательные устройства, которые сначала выпрямляют ток на входе, а потом снова делают его переменным на выходе, имеют достаточно высокую стоимость, что экономически не целесообразно. Однако все же пропускная способность линий электропередач постоянного тока в 2 раза выше, что также заставляет думать над тем, как ее более выгодно осуществить.

Вот мы и рассмотрели схему передачи электричества от источника к дому. Надеемся, вам стало понятно, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям и почему для этого используют высокое напряжение.

Будет интересно прочитать:

Схемы распределения электроэнергии в сетях 10(6) кВ | Схемы электроснабжения промышленных предприятий | Навчання

Страница 6 из 8

В электрических сетях 10(6) кВ применяются радиальные, магистральные и смешанные схемы. Предпочтение отдается магистральным схемам, как более экономичным.
Схема распределения электроэнергии должна быть увязана с технологической схемой объекта следующим образом:
• питание электроприемников разных параллельных технологических потоков предусматривается от разных трансформаторных или распределительных подстанций, магистралей, разных секций шин одной подстанции для того, чтобы при аварии не остановились оба технологических потока;
• в пределах одного технологического потока все взаимосвязанные агрегаты присоединяются к одной подстанции, РП, магистрали, секции шин, чтобы при прекращении питания потока все входящие в его состав электроприемники были одновременно обесточены.
Схемы распределения электроэнергии в сетях 10(6) кВ могут быть одно- и двухступенчатые. Одноступенчатые схемы применяются на малых предприятиях, где распределяемая мощность и токи невелики, а также на энергоемких предприятиях с подстанциями глубокого ввода. В остальных случаях применяются, как правило, двухступенчатые схемы распределения электроэнергии. Применение схем с большим числом ступеней распределения электроэнергии должно иметь технико-экономическое обоснование.
Распределение электроэнергии может осуществляться кабельными, воздушными линиями или токопроводами. Воздушные линии электропередачи на промышленных предприятиях используются сравнительно редко, так как имеют сравнительно малую пропускную способность, что не позволяет осуществить магистральную схему распределения электроэнергии и практически невозможно в условиях промышленного предприятия выполнить несколько параллельно идущих воздушных линий.
Кабельные линии целесообразно использовать при передаче мощности в одном направлении не более 15—20 МВА при напряжении 6 кВ и не более 25—35 МВА при напряжении 10 кВ [1]. Кабельные сети следует прокладывать открыто в надземных сооружениях: на технологических и кабельных эстакадах, в кабельных частично закрытых галереях. При невозможности или нецелесообразности выполнения открытой прокладки кабелей напряжением до 35 кВ может быть осуществлена прокладка кабелей в земляных траншеях и в подземных кабельных сооружениях (блоках, каналах, тоннелях).
При передаче мощностей, превышающих 15—20 МВА, целесообразно применение токопроводов. Трассы токопроводов выбирают таким образом, чтобы они проходили через зоны размещения основных нагрузок данного предприятия. В настоящее время рекомендуется использовать открытые симметричные гибкие и жесткие токопроводы следующих конструктивных исполнений: жесткий подвесной с трубчатыми шинами и подвесными изоляторами или гибкий с расщепленными проводами.
Жесткие токопроводы следует применять при наличии агрессивной среды, так как на жесткие проводники легче нанести антикоррозийное покрытие. Токопроводы требуют меньшей полосы, свободной от застройки и подземных коммуникаций (отчуждение территории под жесткий токопровод составляет 10 м). Не рекомендуется прокладывать токопроводы в тоннелях и в полностью закрытых галереях из-за существенного увеличения затрат В настоящее время разработаны токопроводы с трубчатыми шинами из алюминиевого сплава АД31 в исполнении для внутренней установки при нормальной среде и в исполнении для наружной установки для предприятий с сильно загрязненной средой.
Гибкие токопроводы выполняются из нескольких оголенных проводов, закрепленных равномерно по периметру кольца и подвешенных к опоре на подвесных изоляторах. Серьезный недостаток гибких токопроводов — большие габаритные размеры (отчуждение территории под гибкий токопровод составляет 18 м) и недостаточная стойкость к воздействию химически активной среды. Гибкие токопроводы рекомендуется использовать, если одновременно имеет место нестесненная планировка предприятия, позволяющая не учитывать стоимость отчуждаемой под гибкий токопровод территории, и минимальное число (до двух-трех на 1 км) поворотов трассы.
Токопроводы более надежны, они имеют более высокую перегрузочную способность, но характеризуются большим индуктивным сопротивлением по сравнению с линиями, выполненными из большого числа параллельно проложенных кабелей,

Схемы питания распределительных пунктов 10(6) кВ. Промежуточные распределительные пункты, получающие питание с шин ГПП, ЦРП, рекомендуется сооружать в цехах или производственных корпусах при наличии высоковольтных электроприемников и нескольких ТП 10(6)/0,4 кВ, а также для удаленных от ГПП или ЦРП потребителей (компрессорных, насосных станций и т. д.). При наличии менее восьми отходящих от распределительных пунктов линий целесообразность сооружения РП должна быть обоснована [5]. Распределительные пункты следует размещать на границе питаемых ими участков сети таким образом, чтобы не было обратных потоков мощности.
Радиальные схемы для питания РП следует применять:
• при расположении РП в различных направлениях от ГПП, ЦРП;
• при повышенных требованиях к надежности электроснабжения электроприемников, если к РП подключаются в основном электроприемники первой категории.
В остальных случаях следует применять магистральные схемы с односторонним или двухсторонним питанием. Если все распределительные подстанции предприятия получают питание от токопроводов, то применяется схема трансформатор—токопровод без сборных шин на вторичном напряжении ГПП (рис. 1.8.1, а). Для ограничения токов короткого замыкания на ответвлениях от токопроводов к РП могут устанавливаться реакторы.
При наличии на предприятии большого числа двигателей напряжением 6 кВ обмотки трансформаторов ГПП могут быть выполнены на разные напряжения: 6 и 10 кВ. На напряжении 6 кВ получают питание распределительные подстанции, предназначенные для питания электродвигателей, на напряжении 10 кВ — остальные потребители.
Если по токопроводам распределяется только часть электроэнергии, то питание токопроводов выполняется от шин РУ 10(6) кВ ГПП и ПГВ (рис. 1.8.1, б). Распределительные пункты, отдаленные от трассы токопроводов, получают питание от шин РУ 10(6) кВ ГПП или ПГВ кабельными радиальными или магистральными линиями.

 

Рис. 1.8.1. Схемы распределения электроэнергии на напряжениях 6 и(или) 10 кВ, выполненные токопроводами: а — без сборных шин на вторичном напряжении ГПП; б — со сборными шинами на вторичном напряжении ГПП

Схемы питания трансформаторных подстанций и электроприемников напряжением 10(6) кВ. Трансформаторные подстанции и электроприемники могут получать питание от РУ 10(6) кВ ГПП и ПГВ или,от распределительных пунктов 10(6) кВ. Для питания трансформаторных подстанций используются практически все схемы (см. рис. 1.4.1).

Радиальные схемы, выполненные кабельными линиями (рис. 1.8.2, а), применяются, когда подстанции расположены в различных направлениях от источника питания или предъявляются повышенные требования к надежности электроснабжения. Радиальные схемы используются также для питания индивидуальных приемников электроэнергии 10(6) кВ (двигателей, печей и т. п.). Трансформаторы к радиальным линиям могут подключаться без коммутационных аппаратов («глухое» присоединение) или только через разъединитель, если защита, установленная в начале радиальной линии, чувствительна при всех повреждениях в трансформаторе.

Рис. 1.8.2. Схемы питания ТП 10(6) кВ: а — радиальная; б — одиночная магистраль с односторонним питанием; в — одиночная магистраль с частичным резервированием по связям вторичного напряжения; г — петлевая для питания однотрансформаторных ТП; д — для питания двухтрансформаторных ТП

Для промышленных предприятий могут быть использованы радиальные схемы с присоединением под один выключатель 10(6) кВ двух кабельных линий, идущих к разным подстанциям. В этом случае питание ТП должно предусматриваться не менее чем по двум линиям, отходящим от разных секций шин распределительной подстанции.
Магистральные схемы являются основными для питания трансформаторных подстанций и выполняются, как правило, кабельными линиями. К одной магистрали могут быть подключены: не более пяти трансформаторов мощностью 250—630 кВА; до трех трансформаторов мощностью 1000 кВ А или два трансформатора мощностью 1600 кВ А [5].
При магистральной схеме питания на подстанциях используются более сложные схемы первичных соединений. Для удобства обслуживания и возможности отключения участков магистрали на входе и выходе магистрали к трансформатору устанавливают шинные накладки, разъединители или выключатели нагрузки. На вводе 10(6) кВ трансформатора устанавливают разъединитель или выключатель нагрузки с предохранителями. Функции последнего — обеспечить селективную защиту трансформатора. При соответствующем обосновании могут быть установлены высоковольтные вакуумные выключатели.
Одиночные магистрали с односторонним питанием (рис. 1.8.2, б) применяются для питания однотрансформаторных подстанций, когда можно допустить перерыв в электроснабжении потребителей на время, необходимое для отключения, определения места повреждения и восстановления поврежденного участка магистрали. Для повышения надежности электроснабжения можно предусматривать связи по вторичному напряжению между ближайшими подстанциями, получающими питание от разных магистралей (рис. 1.8.2, пунктирная линия). Как правило, такие магистрали прокладываются по разным трассам. При резервировании по вторичному напряжению для части потребителей подстанции (15—20% общей нагрузки) сохраняется питание при аварии на магистрали.
Одиночные магистрали с двухсторонним питанием (рис. 1.8.2, г, д) могут применяться для питания потребителей третьей и частично второй категорий. Данные схемы называются петлевыми. Возможны различные варианты работы схемы в нормальном режиме. Если один из источников питания магистрали маломощный, удаленный или неэкономичный, то он может играть роль резервного и включаться (вручную или автоматически) только при отключении магистрали от основного источника питания. Если же оба источника питания равноценны, то в нормальном режиме магистраль получает питание с двух сторон, но в точке токораздела по одной из промежуточных подстанций магистраль размыкается. В точке токораздела могут быть установлены разъединители, в том числе телеуправляемые или высоковольтные выключатели.

Кольцевые магистрали (рис. 1.8.3) рекомендуется применять для питания потребителей третьей, частично — второй категории при соответствующем расположении питаемых ими групп подстанций при единичной мощности трансформаторов не более 630 кВ А.
Для питания двухтрансформаторных подстанций с электроприемниками первой и второй категорий применяются более надежные схемы распределения электроэнергии — с двойными магистралями. Каждая магистраль получает питание от разных секций шин РУ 10(6) кВ ГПП, ПГВ или РП, которые должны отвечать требованиям независимых источников питания. Трансформаторы на подстанциях в нормальном режиме работают раздельно, секционный автоматический выключатель на 0,4 кВ отключен, а при аварии на магистрали все потребители переключаются на магистраль, оставшуюся в работе. С этой целью автоматически или вручную обслуживающим персоналом включается секционный выключатель.
Примеры выполнения схем с двойными магистралями приведены на рис. 1.8.4. На рис. 1.8.4, а показана схема двойной сквозной магистрали с односторонним питанием, которая широко применяется в промышленных электрических сетях для питания электроприемников первой и второй категорий. На схеме рис. 1.8.4, 6 каждая магистраль получает питание от разных территориально удаленных друг от друга распределительных пунктов: РП1 и РП2. Данная схема аналогична схеме двойной сквозной магистрали с односторонним питанием, но является более надежной вследствие территориальной независимости источников питания.

Рис. 1.8.3. Кольцевая схема питания трансформаторных подстанций

Рис. 1.8.4. Схемы с двойными магистралями: а — двойная сквозная магистраль с односторонним питанием; б — двойная магистраль с двухсторонним питанием

Схемы питания различных групп потребителей (нелинейных, резкопе-ременных, несимметричных). Питание данных потребителей в нормальном режиме работы рекомендуется производить от отдельных секций шин 10(6) кВ. Указанные секции сборных шин рекомендуется подключать к разным ветвям расщепленной обмотки трансформатора, к разным ветвям сдвоенного реактора, к разным трансформаторам. Трансформаторные подстанции 10(6)/0,4 кВ, от которых получают питание осветительные приборы с лампами накаливания, чувствительные к изменениям показателей качества электроэнергии, следует подключать к секции шин 10(6) кВ, не питающей специфической нагрузки.
На рис. 1.8.5 приведена схема питания дуговых сталеплавильных печей. Наиболее мощные дуговые сталеплавильные печи получают питание радиальными линиями от третьей и четвертой секций шин трансформаторов ГПП с расщепленной обмоткой. Печи небольшой мощности получают питание по двухступенчатой радиальной схеме, для чего предусматривается дополнительный распределительный пункт на 10 кВ. В комплект печи входит сама печь и печной трансформатор. В непосредственной близости от печи устанавливается высоковольтная ячейка с печным выключателем. На предприятиях с мощными дуговыми сталеплавильными печами может выполняться локальная сеть на 35 кВ. Питание этой сети осуществляется от трехобмоточных трансформаторов, или автотрансформаторов с обмоткой среднего напряжения 35 кВ, или от специальных двухобмоточных трансформаторов. С шин 35 кВ по радиальным линиям электроэнергия поступает к печным трансформаторам. К одной секции сборных шин 35 кВ может быть подключено несколько ДСП мощностью 25 и 50 МВА. Печи с печными трансформаторами 80 МВА подключаются к отдельным секциям сборных шин 35 кВ.

Рис. 1.8.5. Схема питания дуговых сталеплавильных печей

Распределении электрической энергии. Основные термины и понятия

Распределение электроэнергии от ввода или трансформаторной подстанции осуществляют по сетям, которые имеют различные схемы построения. Применение какой-то из схем будет зависеть от целого ряда условий, которые оказывают существенное влияние на конфигурацию сети и ее схему. К таким условиям можно отнести – надежность электроснабжения, территориальное расположение потребителей относительно друг друга и питающей подстанции, мощность отдельно взятых устройств и другие факторы. Выбранная схема должна обеспечивать экономию цветных металлов и средств на ее сооружение, минимальные потери при эксплуатации, максимальную надежность и простоту обслуживания.

Какая бы не была выбрана схема электроснабжения, она всегда будет состоять из отдельных элементов, определение которых ниже:

• Питающая силовая сеть – линии электроснабжения, идущие от ввода или трансформаторной подстанции в здание к силовым распределительным пунктам;
• Силовая распределительная сеть – линии, идущие от распределительного пункта к силовым потребителям электрической энергии;
• Питающая линия (магистраль) – предназначается для передачи электроэнергии к нескольким электроприемникам или распределительным устройствам, присоединенным к этой линии в разных точках;
• Ответвление – линия, которая отходит от магистрали к одному электроприемнику или распределительному пункту или же линия, отходящая от распределительного пункта к электроприемнику. Также к ответвлению относится и кабель питания «цепочки» электродвигателей, отходящий от распределительного пункта или от магистрали;
• Ввод – кабельная или воздушная линия, назначением которой является питание потребителей электрической энергией и соединяющий внутреннюю и наружную электросети;

Питающие силовые цепи, проложенные от трансформаторных подстанций к распределительным силовым пунктам или шинным сборкам, могут иметь следующие схемы:

• Радиальную;
• Магистральную;
• Смешанную;

Каждая из указанных схем электроснабжения отличаются друг от друга степенью обеспечения бесперебойности электроснабжения, расходу цветных металлов, количеству подлежащей установке аппаратуры.

1. Элементы, входящие в систему передачи и распределения электроэнергии

1. Электроэнергетическая система и ее основные элементы.2

2. Системы передачи и распределения электроэнергии.3

3. Схемы передачи электроэнергии постоянным током.4

4. Устройства автоматики в системах передачи электроэнергии.5

5. Схемы передачи электроэнергии.7

6. Схема компенсированной электропередачи.8

7. Районная электрическая сеть и ее основные элементы.9

8. Активное и индуктивное сопротивления линий электропередачи и ее схема замещения.10

9. Схемы замещения 2-х обмоточного трансформатора.11

10. Схемы замещения 3-х обмоточного трансформатора.12

11. Схемы замещения автотрансформатора.13

12. Провода и тросы воздушных линий.14

13. Опоры воздушных линий.15

14. Изоляторы и линейная арматура.——отдельно

15. Конструкция кабелей и кабельных линий.16

16. Схемы электрических систем и их элементы.

17. Расчет режима линий электропередач при заданном токе нагрузки (при заданном напряжении в конце линии).17

18. Расчет режима линий электропередач при заданном токе нагрузки (при заданном напряжении в начале линии).18

19. Векторная диаграмма токов и напряжений.

20. Расчет режима линий электропередач при заданной мощности нагрузки (при заданном напряжении в конце линии).19

21. Расчет режима линий электропередач при заданной мощности нагрузки (при заданном напряжении в начале линии).

22. Потери электроэнергии в линиях и трансформаторах.20

23. Падение и потеря напряжения в линии.21

24.Технико-экономические показатели сети.22

25. Определение сечения проводов и кабелей по экономической плотности тока.23

26. Выбор номинального напряжения сети.24

27. Напряжения электрических сетей.25

28. Режим нейтрали электрических сетей.26

29. Понятие компенсированной нейтрали.27

30. Распределение токоприемников по категориям, для обеспечения надежности электроснабжения.28

31. Компенсация реактивной мощности. Определение мощности компенсирующих устройств.29

32. Проводимость ЛЭП. Зарядная мощность.31

33. Понятие пропускной способности линий электропередачи.32

34. Баланс реактивной мощности.33

35. Методы регулирования напряжения.34

36. Определение сечения проводов по допустимой потере напряжения.

37. Трансформаторы без регулирования напряжения под нагрузкой (ПБВ).

38. Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН).

Система передачи и распределения электрической энергии представляет собой развитую электрическую сеть, как по составу установок, так и по функциональному назначению.

Электрическая сеть – это объединение преобразовательных подстанций, распределительных устройств, переключающих пунктов, линий электропередачи.

Подстанция – это электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электроэнергии, состоящая из трансформатора, распределительных устройств и вспомогательных.

Распределительное устройство – это электроустановка, входящая в состав любой подстанции, предназначена для приема и распределения электроэнергии на одном напряжение.

Распределительный пункт – устройство, предназначенное для приема и распределения электрической энергии одного напряжения.

Линия электропередачи – установка, предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние, с возможным промежуточным отбором.

2.Условная схема системы передачи и распределения электроэнергии

3.Преимущества и недостатки передачи электроэнергии постоянным током

Для передачи электрической энергии постоянным током сооружают преобразовательные подстанции, выпрямители и инверторы на переменном токе с обратным преобразованием.

Для преобразования постоянного тока в переменный и наоборот необходимы специальные дорогие устройства. Для сглаживания пульсаций необходимо применять специальные реакторы.

До настоящего времени не созданы удовлетворяющие конструктивно выключатели постоянного тока высокого напряжения. Поэтому осуществить ответвления электропередачи постоянного тока технически трудно. Поэтому линии электропередачи постоянного тока очень ограничены и выполняется лишь на сверх дальние расстояния. Это основной недостаток электрических линий на постоянном токе.

Главное преимущество системы передачи постоянного тока высокого напряжения – низкая стоимость передачи очень большой мощности на очень большое расстояние.

Второе огромное преимущество заключается в малой величине потерь (например, всего около 5 % при передаче энергии на расстояние свыше 2000 км). Третье, не менее значительное преиму-щество – меньшая потребность в отводе земель по причине меньшего количества линий. Выше при-водился пример передачи мощности 12 000 МВт, для которой требуется восемь линий переменного тока при напряжении 800 кВ или всего две (!) линии постоянного тока при таком же напряжении.

Главный же недостаток линий постоянного тока – практическая невозможность устройства ответвления от ЛЭП на всём её протяжении, поскольку сооружение преобразовательной подстанции на ответвлении обходится достаточно дорого (хотя технически это возможно и иногда делается).

4.Виды системной автоматики, применяемые в электропередачах

К основным устройствам автоматики относят:

1) АРВ (автоматическое регулирование возбуждения)

2) АВР (автоматический ввод резерва)

3) АПВ (автоматическое повторное включение)

4) АЧР (автоматическое частотное разгрузка)

АРВ — процесс изменения по заданным условиям тока возбуждения электрических машин. Осуществляется на синхронных генераторах, мощных синхронных двигателях, синхронных компенсаторах и т.д. АРВ синхронных генераторов осуществляется в основном с целью обеспечения заданного напряжения в электрической сети, а также для повышения устойчивости их параллельной работы на общую сеть. Для повышения устойчивости системы при КЗ, АРВ форсировано увеличивает ток возбуждения. Пропорционального и силового действия.

Автомати́ческий ввод резерва (АВР) — один из методов релейной защиты, направленный на повышение надежности работы сети электроснабжения. Заключается в автоматическом подключении к системе дополнительных источников питания в случае потери системой электроснабжения из-за аварии.

АВР разделяют на:

АВР одностороннего действия. В таких схемах присутствует одна рабочая секция питающей сети, и одна резервная. В случае потери питания рабочей секции АВР подключит резервную секцию.

АВР двухстороннего действия. В этой схеме любая из двух линий может быть как рабочей, так и резервной.

АПВ — вид системной автоматики применение которого значительно повышает надежность электроснабжения. При КЗ линия отключается защитой, однако через определенный интервал времени АПВ снова включает линию.

АЧР – вид системной автоматики, применяемая в тяжелых послеаварийных ситуациях при недостатке генераторной мощности. Такая аппаратура применяется для поддержания необходимой частоты питающего тока.

Руководство по решениям для передачи и распределения электроэнергии Сетей с HVDC и FACTS

Энергосистема будущего должна быть безопасной, экономически эффективной и экологически безопасной. Сочетание этих трех задач может быть решено с помощью идей, интеллектуальных решений, а также передовых технологий.

Руководство по решениям для передачи и распределения электроэнергии (на фото: башня для защиты от перенапряжений перед распределительным щитом переменного тока; кредит: Siemens)

Инновационные решения с HVDC (передача высокого напряжения постоянного тока) и FACTS (гибкие системы передачи переменного тока) имеют потенциал для решения новых задач.

С помощью силовой электроники они предоставляют функции, которые необходимы для избежания технических проблем в энергосистемах, они очень эффективно увеличивают пропускную способность и стабильность системы и помогают предотвратить каскадные помехи.

Видение и стратегия улучшения будущих электрических сетей, например, изображены в программе «Умные сети», которая была разработана в рамках Европейской технологической платформы.

Особенности будущей интеллектуальной сети, такие как это, могут быть изложены следующим образом:

1. ГИБКОСТЬ : удовлетворение потребностей оператора при реагировании на предстоящие изменения и вызовы
2. ДОСТУПНЫЙ : предоставление доступа к соединению всем пользователям сети, особенно для ВИЭ и высокоэффективной локальной генерации с нулевым или низким уровнем выбросов углерода
3. НАДЕЖНАЯ : обеспечение и улучшение безопасности и качества поставок
4. ЭКОНОМИКА : обеспечение максимальной отдачи за счет инноваций, эффективного управления энергопотреблением и конкуренции и регулирования « уровень игрового поля »

Интеллектуальные сети помогут добиться устойчивого развития. Стоит отметить, что концепция интеллектуальных сетей точно так же применима к системным разработкам в других регионах мира.

Все более либерализованный рынок будет стимулировать выявление и развитие торговых возможностей. Интеллектуальные сети являются необходимым ответом на экологические, социальные и политические требования, предъявляемые к энергоснабжению.

Что такое сверхвысокое напряжение постоянного тока (UHV DC)?

HVDC, ФАКТЫ и SIPLINK

Современные системы передачи энергии имеют задачу передачи энергии из точки А в точку Б надежно, безопасно и эффективно.Также необходимо передавать энергию таким образом, чтобы это не вредило окружающей среде. Siemens предлагает комплексные решения, техническую экспертизу и мировой опыт, чтобы помочь клиентам справиться с этими проблемами.

Для каждого этапа применения и технической передачи Siemens предлагает оптимизированные решения с SIPLINK (многофункциональная силовая линия Siemens), HVDC-передачей или FACTS для наиболее эффективного использования систем и линий электропитания переменного тока.

Типичные приложения для FACTS включают быстрое управление напряжением , увеличенную пропускную способность по длинным линиям , управление потоком мощности в ячеистых системах и демпфирование колебаний мощности .

С ФАКТАМИ, больше энергии может передаваться в энергосистеме. Когда техническая или экономическая осуществимость обычной трехфазной технологии достигает своего предела. HVDC будет решением ( рис. 1 ). Основные области его применения — экономичная передача большой мощности на большие расстояния и соединение асинхронных электрических сетей.

Рисунок 1 — Стоимость передачи переменного и постоянного тока на расстоянии. Расстояние безубыточности составляет 600 км при передаче мощности 1000 МВт.

Новейшая инновация Siemens в технологии постоянного тока высокого напряжения — HVDC PLUS. Преимущества новой системы, в которой используются преобразователи напряжения, включают компактную компоновку преобразовательных станций и расширенные функции управления, такие как независимое управление активной и реактивной мощностью и возможность черного запуска.

Для передачи постоянного тока среднего напряжения Siemens предлагает систему SIPLINK . В зависимости от применения и конфигурации существующей системы, SIPLINK сократит инвестиции, затраты на систему и жизненный цикл.

Система контролирует активную мощность и оптимизирует стабильность напряжения, обеспечивая реактивную мощность.

По решениям для передачи и распределения электроэнергии — Siemens ,

Руководства по производству, передаче и распределению электроэнергии

Концепция производства и передачи электроэнергии

Целью системы электропередачи является соединение электростанций или электростанций, производящих электроэнергию, с нагрузками. Трехфазная система переменного тока используется для большинства линий передачи. Рабочая частота 60 Гц в США и 50 Гц в Европе, Австралии и части Азии.

Руководства по производству, передаче и распределению электроэнергии

Электрическая энергия, являющаяся очень удобной формой энергии, стала широко распространенной в современном мире.Поскольку распределительная система является связующим звеном, через которое отдельный потребитель получает электроэнергию из энергосистемы, надлежащая конструкция распределительной системы становится очень важной для надежности и поддержания непрерывности электроснабжения.

Подробное описание всех аспектов проектирования , строительства и эксплуатации распределительной системы включает в себя ряд этапов, которые включают планирование, компоновку, прогнозирование и проектирование нагрузки, оборудование, схемы защиты, качество электроэнергии, управление системой распределения и совсем недавно распределенную энергию ресурсы (DER) на местном уровне.

Более подробная информация обо всех этих аспектах приведена в следующих руководствах и статьях.

Обзор руководств и документов

Обратите внимание, что все документы в этом разделе можно загрузить бесплатно. Перемещайтесь по подстраницам, чтобы найти все документы.

,

Передача и распределение электроэнергии

Распределение электроэнергии является последним этапом поставки электроэнергии конечным пользователям. Сеть распределительной системы передает электроэнергию из системы передачи и поставляет ее потребителям. Как правило, сеть будет включать в себя линии электропередачи среднего напряжения (от 1 кВ до 72,5 кВ), подстанции и трансформаторы на столбах, низковольтную (менее 1 кВ) распределительную проводку и иногда счетчики. Для экономичной выработки электроэнергии используются крупные генерирующие станции. ,Возможности отдельных генераторных установок в последнее время возросли. Генераторные установки мощностью 10 МВт, 210 МВт и 500 МВт производятся во многих странах. Генераторная станция теперь не обязательно расположена в центрах нагрузки.

Фактически другие факторы, такие как наличие топлива и воды, играют более доминирующую роль в выборе площадок для тепловых станций. Гидростанции, очевидно, расположены только в тех местах, где вода имеется в достаточном напоре. Была создана обширная сеть передающей системы, так что мощность, генерируемая на одной станции, может подаваться в энергосистему и может быть распределена по большим областям и количеству состояний.Система передачи и распределения содержит сеть из трехфазных цепей с трансформаторной и / или коммутационной подстанцией в различных узлах. Части сети передачи и распределения могут быть сгруппированы, как указано ниже.

ТРАНСМИССИЯ:

Несколько генерирующих станций могут быть связаны между собой. Основные преимущества:

(i) уменьшение количества запасных станций, необходимых, поскольку одна станция может помочь другой во время чрезвычайной ситуации.

(ii) во время небольших нагрузок может быть отключена одна станция или несколько генераторов, что влияет на экономичность эксплуатации.

Первичная передача:
Высокие напряжения порядка 66 кВ, 132 кВ, 220 кВ и 400 кВ используются для передачи мощности по 3-х фазной 3-проводной воздушной системе. Он поставляется на подстанции, как правило, на окраинах крупного распределительного центра или города.

Вторичная передача:
Первичное напряжение снижается до низких значений порядка 3.3 кВ, 11 кВ или 33 кВ для вторичной передачи.

Первичное распределение:
Линии передачи или внутренние разъемы заканчиваются на крупных основных подстанциях, от которых распределяется мощность, на небольшие вторичные подстанции, разбросанные по всей зоне нагрузки. Напряжение может варьироваться от 11 кВ до 132 кВ.

Вторичное распределение:
Состоит из низковольтной сети, проложенной вдоль улиц, населенных пунктов и сельской местности. Из этих источников обеспечивается связь с отдельными клиентами.Схема, используемая для этой цели, является трехфазной 4-проводной, 440 В / 220 В, от которой может быть обеспечено либо трехфазное 440 В, либо однофазное 220 В для потребителей.

Схема системы:
От электростанции PS вырабатывается 3-х фазный фидер, питающий вторичные распределительные подстанции, расположенные в точках по всей зоне снабжения. Нормальные напряжения: 132 кВ, 33 кВ и 11 кВ.

СРАВНЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ AC И DC: (A) Преимущества передачи постоянного тока:

1. Требуется только два проводника.

2. Нет проблем с индуктивностью, емкостью и сдвигом фаз, которые являются общими при передаче переменного тока.

3. Для той же нагрузки и конечного напряжения падения падение напряжения в линиях передачи постоянного тока меньше, чем при передаче переменного тока.

4. Поскольку на проводниках не возникает скин-эффекта, следовательно, все поперечное сечение проводника эффективно используется, что влияет на экономию материала.

5. При одинаковом значении напряжения изолирующие материалы на линиях постоянного тока испытывают меньшее напряжение по сравнению с таковыми на линиях электропередачи переменного тока.

6. Линия постоянного тока имеет меньше потерь на корону и уменьшает помехи в цепях связи.

7. Нет проблем с нестабильностью системы, которая часто встречается при передаче переменного тока.

Недостатки передачи постоянного тока:

1. Выработка электроэнергии при высоких напряжениях постоянного тока затруднена из-за проблем с коммутацией и не может быть эффективно использована на конечных потребителях.

2. Повышение или понижение напряжения постоянного тока невозможно в оборудовании, таком как трансформатор.

(B) Преимущества передачи переменного тока:

1. Мощность может генерироваться при высоких напряжениях, так как нет проблем с коммутацией.

2. Напряжения переменного тока могут быть удобно повышены или понижены.

3. Высоковольтная передача переменного тока снижает потери.

Недостатки передачи переменного тока:

1. Проблемы индуктивности и емкости существуют в линиях передачи

2. Из-за скин-эффекта требуется больше меди.

3. Строительство линий электропередачи переменного тока является более сложным и дорогостоящим

4. Эффективное сопротивление линий передачи переменного тока повышается за счет скин-эффекта.

Передача электроэнергии на большие расстояния: Передача электроэнергии на большие расстояния с использованием переменного тока осложняется индуктивностью и емкостью линии.Для удовлетворительной работы таких линий необходимо сбалансировать запаздывающие индуктивные вольт-амперы линии (I2 ωL) с опережающими вольт-амперными вольт-амперами (V2 ω C). Приравнивая два, мы получим V / I импеданс нагрузки. √L / C, который также известен как характеристическое сопротивление линии, Z0. Таким образом, соответствующая нагрузка составляет V2 / Z0 Вт на фазу или (кВ) 2 / Z, МВт для трехфазной линии, где kV — напряжение линии в киловольтах. Эта нагрузка называется «естественной нагрузкой» на линии электропередачи.Междугородные высоковольтные линии электропередачи большой мощности рассчитаны на номинальную нагрузку, равную ее естественной нагрузке.

Природные нагрузки:

Напряжение кВ 132 220 400
Z0 (Ω) 350 320 290
Естественная нагрузка, МВт 50 150 500
Ток (A) 220 385 752

ПРОВОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ:

Материал для проводки электроэнергии должен иметь следующие свойства:

1. Высокая электропроводность.

2. Низкая стоимость.

3. Низкий удельный вес.

4. Высокая прочность на разрыв.

Обычно используемые материалы для проводников:

1. Медь.

2. Алюминий.

3 . Алюминиевый проводник стальной усиленный (ACSR).

4. Оцинкованная сталь.

5. Кадмиевая медь.

Экономический размер проводника: закон Кельвина: Самый экономичный размер проводника — это такой, для которого переменная часть ежегодных платежей равна стоимости потерь энергии в год.

Ограничения закона Кельвина :
1. Закон предполагает линейную зависимость между затратами в счет процентов и амортизацией расходов на капитал, которая не всегда действительна. Более того, сложно рассчитать эти значения.

2. Фактические потери энергии на линии передачи не могут быть оценены без фактических кривых нагрузки. Кривые нагрузки недоступны на этапах планирования.

3. Размер проводника, оцененный в соответствии с этим законом, может быть не оптимальным, поскольку различные аспекты безопасности и т. Д.не были приняты во внимание.

4. Закон не учитывает некоторые аспекты, такие как безопасное текущее предназначение, механическая прочность, потеря короны и т. Д.

ЛИНИИ ТРАНСМИССИИ:

Линии электропередачи используются для передачи электроэнергии из одного места в другое. Требования линий электропередачи:

1. потери при передаче должны быть не менее

2. питание должно подаваться при указанном напряжении

3.без радиопомех

4. высокая доступность

Классификация воздушных линий:

1. Короткие линии электропередачи:
Когда длина воздушной линии электропередачи составляет до 50 км, а напряжение линии менее 20 кВ, она называется короткой линией электропередачи. Из-за меньшей длины и более низкого напряжения, емкостные эффекты малы и, следовательно, ими пренебрегают. Таким образом, сопротивление и индуктивность являются основными параметрами, рассмотренными для этих линий.

2. Средние линии электропередачи:
Длина этих линий составляет от 50 км до 150 км, а диапазон напряжений составляет от 20 кВ до 100 кВ. Благодаря достаточной длине и напряжению линии, емкостные эффекты не игнорируются.

3. Длинные линии электропередачи:
Протяженность линий более 150 км и напряжение выше 100 кВ.

Параметры линии электропередачи:

1. Сопротивление:

Алюминиевые проводники, усиленные сталью (ACSR), используются для передачи электроэнергии на большие расстояния.Приемлемые пределы плотности тока для алюминия составляют около 95 А в проводнике диаметром 1 см. В случае меди это 160 A в проводнике диаметром 1 см. Таким образом, размер проводника для линии передачи определяется

Диаметр проводника = (ток, подлежащий переносу / 95) ½ см

Поскольку алюминий имеет низкую прочность на растяжение, поэтому используется стальной сердечник (ACSR).

2. Индуктивность:

Индуктивность однофазной воздушной линии определяется

L = u0 / 2 π (1/4 + loge S / r) генри / метр

u0 = воздухопроницаемость = 4 π x 10 -7 Генри / метр

S = Deq = 3 √ (Dab Dbc Dca)

Deq — эквивалентное равностороннее расстояние между 3 проводниками a, b и c.Dca, Dbc и Dca — расстояния между проводниками a, b и c.

r = радиус проводника.

3. Емкость:

Емкость трехфазной линии CA дана

CA = 2π ε0 / S, Фарад на метр, фаза к уступу S / R нейтральный

ε0 = диэлектрическая проницаемость свободного воздуха (8,55 x 10-12 Фарад / метр)

, где S и r имеют то же значение, что и при оценке индуктивности.

Константы линии электропередачи: Линии электропередачи длиной до 50 километров и напряжением до 33 кВ считаются короткими линиями.Линии длиной более 50 километров и с напряжением выше 33 кВ называются длинными линиями электропередачи. Если Vs и Vr будут соответственно напряжениями передающего конца и принимающего конца (соответствующие токи равны 1 с и lr), то

Vs = AVr + BIr и Is = CVr + DIr

Значения констант A, B, C и D в основном зависят от параметров R, L, C линии.

Для коротких линий,

Vs = Vr + LZ Ir

Is = Ir

A = D = 1,

B = Z

и

C = 0,

AD-BC = 1,

A = D

Для средних линий (T-сеть):

A = D = 1 + (YZ) / 2

B = Z + YZ2 / 4

C = Y,

AD-BC = 1,

A = D

(π сеть):

A = 1+ (YZ) / 2 B + Z,

C = Y + Y2Z / 4,

D = 1+ YZ / 2

Длинные линии:

A = cosh √ (YZ),

B = √ (Z / Y) sinh √ (YZ),

C = (Y / Z) 1/2 sinh (YZ) 1/2,

D = cosh (YZ) 1/2,

нашей эры — BC = 1,

A = D

Регулирование напряжения линии электропередачи:

Регулирование напряжения = (Отправка конечного напряжения — Получение конечного напряжения) / Получение конечного напряжения

Допустимое отклонение напряжения у потребителя заканчивается ± 10% относительно номинального напряжения.Следующие методы используются для контроля напряжения при передаче на большие расстояния.

(i) Использование трансформаторов с переключением отводов

(ii) Использование шунтирующих конденсаторов на приемном конце во время больших нагрузок или факторов низкой мощности

(iii) Включение шунтирующих реакторов при низких нагрузках для нейтрализации влияния шунтирующей емкости длинных линий электропередачи.

(iv) Использование вспомогательных генераторов.

Эффект скин-эффекта: при прохождении переменного тока через проводник он всегда связан с магнитным потоком.Поток, связывающий центральную часть врача, всегда больше, чем на поверхности. Это приводит к более высокой плотности тока на поверхности проводника по сравнению с током в сердечнике проводника. Это известно как скин-эффект. Это имеет следующие последствия.

(i) Кожный эффект вызывает увеличение сопротивления постоянному току эффективного сопротивления постоянному току

(ii) Высокий скин-эффект для проводников из магнитных материалов

(iii) Скин-эффект более преобладает на высоких частотах

(iv) В случае постоянного тока скин-эффект отсутствует.

Эффект близости:

Для проводника, несущего переменный ток, плотность тока в проводнике зависит от внутреннего распределения потока. Когда два проводника переменного тока непараллельны, внутреннее распределение тока в обоих проводниках перестраивается таким образом, что плотность переменного тока на стороне ближе к другому проводнику меньше, чем на другом конце. Эффект. известен как эффект близости. В результате этого эффекта эффективное сопротивление постоянному току проводников увеличивается.

Корона:

Проводники, несущие электроэнергию при более высоком напряжении, имеют сильное электростатическое поле вокруг них. Это приводит к фиолетовому видимому разряду, названному короной. Это сопровождается шипением звука, вибраций, потери мощности и радиопомех.

Напряжение между проводниками, на которых ионизируется окружающий воздух, называется напряжением пробоя или напряжением прерывания. Напряжение пробоя зависит от атмосферных условий, а также от состояния поверхности проводника.

Электрическое напряжение на поверхности проводника задается

E = V / r0 log e (S / r0)

, где,

В = напряжение между фазой и землей,

r0 = радиус проводника

S = эквивалентное равностороннее расстояние между 3 фазовыми проводниками.

Факторы аффективной короны

1. Атмосфера:

В штормовую погоду больше склонности.

2. Размер проводника:

Грубые и неровные поверхности создают больше короны, потому что неровности поверхности уменьшают значение напряжения пробоя, поэтому многожильные проводники, имеющие шероховатую поверхность, имеют большую тенденцию к короне.

3. Расстояние между проводниками:

Более короткое расстояние между проводниками увеличивает тенденцию к короне.

4. Сетевое напряжение:

Более высокие напряжения повысили шансы на корону.

5. Изоляторы:

Изолятор должен обладать высокой механической и электрической прочностью, должен быть непористым, не содержать загрязнений и трещин, и должен иметь высокое отношение прочности на прокол и пробоя.

Изоляторы штыревого типа используются до 33 кВ.Изоляторы подвесного типа используются для напряжений выше 33 кВ. Напрягающие изоляторы устанавливаются в тупике линии или в тех случаях, когда это просто угол или резкий изгиб.

String Эффективность:

Строка подвесных изоляторов состоит из нескольких фарфоровых дисков, соединенных последовательно через металлические звенья. На рисунке показаны 3 ряда подвесных изоляторов. Фарфоровая часть каждого диска находится между двумя металлическими звеньями. Шунтирующая емкость существует между фарфоровыми дисками, как показано.Эффективность струны определяется как отношение напряжения на всей струне к произведению количества дисков и напряжения на диске, ближайшем к проводнику. Таким образом,

КПД струны = напряжение на струне / n x напряжение на диске, ближайшем к проводнику

, где n — количество дисков в строке.

(i) с использованием более длинных поперечин

(ii) классификация изоляторов

(iii) с использованием защитного кольца.

Также читайте: Однофазная система возврата земли

,

Общие потери в линиях распределения и передачи электроэнергии

Введение

Энергия, генерируемая на электростанциях, проходит через большие и сложные сети, такие как трансформаторы, воздушные линии, кабели и другое оборудование, и достигает конечных пользователей.

Общие потери в линиях распределения и передачи электроэнергии (фоторепортаж: Общие потери в линиях распределения и передачи электроэнергии (на фото: линия электропередачи постоянного напряжения 600 кВ постоянного тока на 2400 км, построенная в Бразилии; кредит: IVOLINES через Flickr)

Фактически, единица электрической энергии, вырабатываемая электростанцией, не совпадает с единицами, распределенными потребителям.Некоторый процент единиц теряется в распределительной сети.

Эта разница в генерируемых и распределенных единицах называется потерями при передаче и распределении. Потери при передаче и распределении — это суммы, которые пользователи не оплачивают.

Потери T & D = (Потребление энергии для фидера (Kwh) — Потребляемая энергия для потребителя (Kwh)) / Потребление энергии kwh x 100

Распределительный сектор считается самым слабым звеном во всем энергетическом секторе.Потери при передаче составляют примерно 17%, а потери при распределении — около 50%.

Существует два типа потерь при передаче и распределении:

1. Технические потери
2. Нетехнические потери (Коммерческие потери)

1. Технические потери

Технические потери обусловлены рассеиваемой в проводниках энергией, оборудованием, используемым для линии электропередачи, трансформатора, линии субпередачи и распределительной линии, а также магнитными потерями в трансформаторах.

Технические потери обычно составляют , 22,5%, и напрямую зависят от характеристик сети и режима работы.

Основная сумма потерь в энергосистеме приходится на первичные и вторичные распределительные линии. В то время как линии передачи и под-передачи составляют только около 30% от общих потерь. Поэтому первичные и вторичные распределительные системы должны быть правильно спланированы, чтобы обеспечить в определенных пределах.

• Неожиданное увеличение нагрузки отразилось на увеличении технических потерь выше нормального уровня
• Потери присущи распределению электроэнергии и не могут быть устранены.

Существует два типа технических потерь.

1. Постоянные / фиксированные технические потери

• Фиксированные потери не меняются в зависимости от тока. Эти потери принимают форму тепла и шума и происходят, пока на трансформатор подается напряжение
• От 1/4 до 1/3 технических потерь в распределительных сетях — фиксированные потери. На фиксированные потери в сети можно влиять способами, изложенными ниже
• Корона Потери
• Потери тока утечки
• диэлектрических потерь
• Потери в открытой цепи
• Потери, вызванные непрерывной нагрузкой измерительных элементов
• Потери, вызванные постоянной нагрузкой на элементы управления

2.Переменный Технические потери

Переменные потери зависят от количества распределенного электричества и, точнее, пропорциональны квадрату тока. Следовательно, увеличение тока на 1% приводит к увеличению потерь более чем на 1%.

• От 2/3 до 3/4 технических (или физических) потерь в распределительных сетях являются переменными потерями.
• При увеличении площади поперечного сечения линий и кабелей для заданной нагрузки потери уменьшатся.Это приводит к прямому компромиссу между стоимостью потерь и стоимостью капитальных затрат. Было высказано предположение, что оптимальный средний коэффициент использования в распределительной сети, который учитывает стоимость потерь при ее проектировании, может составлять всего 30 процентов.
• Джоулевых потерь в линиях на каждом уровне напряжения
• импедансных потерь
• Потери, вызванные контактным сопротивлением.

Основные причины технических потерь

1. Длинные линии раздачи

Практически 11 кВ и 415 вольт линий , в сельской местности простираются на большие расстояния, чтобы питать нагрузки, разбросанные по большим площадям.Таким образом, линии первичного и вторичного распределения в сельской местности в основном радиально проложены и обычно проходят на большие расстояния.

Это приводит к высокому сопротивлению линии и, следовательно, к высоким потерям I ² R в линии.

• Случайный рост системы передачи и распределения в новые области.
• Крупномасштабная сельская электрификация по длинным линиям 11 кВ и LT.

2. Неадекватный размер проводников распределительных линий

Размер проводников следует выбирать исходя из емкости стандартного проводника в кВА х КМ для требуемого регулирования напряжения , но нагрузки в сельской местности обычно разбросаны и обычно питаются от радиальных фидеров.Размер проводника этих фидеров должен быть адекватным.

3. Установка распределительных трансформаторов вдали от нагрузочных центров

Распределительные трансформаторы

не расположены в центре нагрузки вторичной распределительной системы.

В большинстве случаев распределительные трансформаторы не расположены в центре по отношению к потребителям. Следовательно, самые отдаленные потребители получают конечное низкое напряжение, даже если на вторичных трансформаторах поддерживаются хорошие уровни напряжения.

Это снова приводит к увеличению потерь на линии. (Причина увеличения потерь в линии в результате снижения напряжения на конце потребителей, поэтому, чтобы уменьшить падение напряжения в линии до самых дальних потребителей, распределительный трансформатор должен быть расположен в центре нагрузки, чтобы удерживать падение напряжения в пределах допустимые пределы.)

4. Коэффициент низкой мощности первичной и вторичной распределительной системы

В большинстве распределительных цепей LT обычно коэффициент мощности составляет от 0.От 65 до 0,75. Низкий коэффициент мощности способствует большим потерям при распределении.

Для данной нагрузки, если коэффициент мощности низкий, ток, потребляемый при высоком, и потери, пропорциональные квадрату тока, будут больше. Таким образом, потери в линии из-за плохой PF могут быть уменьшены путем улучшения коэффициента мощности.

Это можно сделать путем применения шунтирующих конденсаторов.

Шунтирующие конденсаторы
• могут быть подключены либо на вторичной стороне (сторона 11 кВ) силовых трансформаторов на 33/11 кВ, либо в различных точках распределительной линии.
• Оптимальный рейтинг конденсаторных батарей для распределительной системы составляет 2/3 от среднего значения KVAR этой распределительной системы.
• Точка обзора находится на 2/3 длины главного распределителя от трансформатора.
• Более подходящим способом улучшения этой PF системы распределения и, следовательно, уменьшения потерь в линии, является подключение конденсаторов через клеммы потребителей, имеющих индуктивные нагрузки.
• При подключении конденсаторов к отдельным нагрузкам потери в линии снижаются с 4 до 9% в зависимости от степени улучшения коэффициента мощности.

5. Плохое качество изготовления

Плохое качество изготовления вносит значительный вклад в увеличение потерь при распределении.

Разъемы являются источником потери мощности. Поэтому количество стыков должно быть сведено к минимуму. Надлежащие методы соединения должны использоваться, чтобы гарантировать прочные связи.

Необходимо периодически проверять соединения со втулкой трансформатора, предохранителем отключения, изолятором, выключателем LT и т. Д. И поддерживать надлежащее давление во избежание искрения и нагрева контактов.

Замена поврежденных проводов и услуг также должна быть сделана своевременно, чтобы избежать любой причины утечки и потери питания.

6. Ток фазы питающего устройства и балансировка нагрузки>

Одним из самых простых способов экономии потерь в распределительной системе является балансировка тока по трехфазным цепям.

Балансировка фаз в фидере

также позволяет сбалансировать падение напряжения между фазами, обеспечивая трехфазным потребителям меньший дисбаланс напряжения. Величина усреднения на подстанции не гарантирует, что нагрузка будет сбалансирована по всей длине питателя.

Дисбаланс фазы питателя может изменяться в течение дня и в зависимости от сезона. Питатели обычно считаются «сбалансированными», когда значения фазного тока находятся в пределах 10. Аналогичным образом, балансировка нагрузки между распределительными питателями также снизит потери при условии аналогичного сопротивления проводника. Это может потребовать установки дополнительных переключателей между питателями, чтобы обеспечить соответствующую передачу нагрузки.

Бифуркация питателей в соответствии с регулированием напряжения и нагрузкой.

7. Влияние коэффициента нагрузки на потери

Потребляемая мощность клиента меняется в течение дня и в течение сезона.

Жители обычно пользуются наибольшим спросом на электроэнергию в вечерние часы. Одна и та же коммерческая нагрузка клиентов обычно достигает максимума в начале дня. Поскольку текущий уровень (следовательно, нагрузка) является основным фактором, влияющим на потери мощности при распределении, поддержание уровня потребления энергии на более высоком уровне в течение дня снизит пиковые потери мощности и общие потери энергии.

Изменение нагрузки называется фактором нагрузки и изменяется от 0 до 1.

Коэффициент нагрузки = Средняя нагрузка за указанный период времени / пиковая нагрузка за этот период времени.

Например, , в течение 30 дней в месяц (720 часов) пиковая нагрузка устройства подачи составляет 10 МВт. Если фидер подает общую энергию 5000 МВтч, коэффициент загрузки за этот месяц составляет (5000 МВтч) / (10 МВт х 720) = 0,69.

Меньшие потери мощности и энергии снижаются за счет повышения коэффициента нагрузки, который выравнивает колебания спроса в фидере.

Коэффициент загрузки был увеличен, предлагая клиентам тарифы «время использования». Компании используют ценовую мощность, чтобы влиять на потребителей, чтобы сместить энергоемкие виды деятельности в непиковые периоды (такие как электрическое отопление воды и помещений, кондиционирование воздуха, орошение и откачка фильтров бассейна).

При наличии финансовых стимулов некоторые потребители электроэнергии также разрешают коммунальным предприятиям дистанционно прерывать большие электрические нагрузки через радиочастоту или несущую в течение периодов пиковой нагрузки.Коммунальные службы могут попытаться спроектировать с более высокими коэффициентами нагрузки, запустив одинаковые питатели в жилых и коммерческих зонах.

8. Размеры трансформатора и выбор

Распределительные трансформаторы используют медные обмотки для индукции магнитного поля в сердечнике из кремнистой стали с ориентированной зеренной структурой. Следовательно, трансформаторы имеют как потери нагрузки, так и потери в сердечнике без нагрузки.

Потери трансформаторной меди меняются в зависимости от нагрузки в зависимости от уравнения потерь активной мощности (P loss = I ² R).Для некоторых коммунальных предприятий экономическая нагрузка на трансформаторы означает загрузку распределительных трансформаторов до мощности или немного выше мощности на короткое время, чтобы минимизировать капитальные затраты и при этом сохранить долгий срок службы трансформатора.

Однако, поскольку пиковая генерация обычно является самой дорогой, совокупной стоимости владения (TCO) исследований должны учитывать стоимость пиковых потерь трансформатора. Увеличение мощности распределительного трансформатора во время пика на один размер часто приводит к снижению общей пиковой рассеиваемой мощности — в большей степени, если он перегружен.

Потеря возбуждения холостого хода трансформатора (потери в железе) возникает из-за изменения магнитного поля в сердечнике трансформатора, когда он находится под напряжением. Потери в сердечнике незначительно зависят от напряжения, но по существу считаются постоянными. Фиксированные потери в железе зависят от конструкции сердечника трансформатора и молекулярной структуры ламинирования стали. Улучшенное производство стальных сердечников и введение аморфных металлов (таких как металлическое стекло) снизили потери в сердечнике.

9. Балансировка трехфазных нагрузок

Периодическая балансировка 3-фазных нагрузок по всей сети может значительно снизить потери.Это может быть сделано относительно легко в воздушных сетях и, следовательно, предлагает значительные возможности для экономически эффективного снижения потерь при наличии подходящих стимулов.

10. Отключение трансформаторов

Один из методов снижения постоянных потерь — отключение трансформаторов в периоды низкого спроса. Если во время пиковых периодов на подстанции требуются два трансформатора определенного размера, в периоды низкой нагрузки может потребоваться только один, чтобы другой трансформатор можно было отключить для уменьшения фиксированных потерь.

Это приведет к примерно компенсирующему увеличению переменных потерь и может повлиять на безопасность и качество поставок, а также на рабочее состояние самого трансформатора. Тем не менее, эти компромиссы не будут изучаться и оптимизироваться, если не принимать во внимание стоимость потерь.

11. Другие причины технических потерь

• Неравномерное распределение нагрузки между тремя фазами в системе L.T, вызывающее высокие токи нейтрали.
• утечки и потери мощности
• Перегрузка строк.
• Ненормальные условия работы силовых и распределительных трансформаторов
• Низкое напряжение на потребительских клеммах, вызывающее более высокое потребление тока индуктивными нагрузками.
• Низкое качество оборудования, используемого для сельскохозяйственной перекачки в сельской местности, более прохладных кондиционеров и промышленных нагрузок в городских районах.

,