Эффективное распределение электроэнергии

Передача и распределение электрической энергии

Электроэнергетической системой называется электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.

В настоящее время в составе 6 объединенных энергосистем работает параллельно 74 районных систем.

Электроэнергетической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.

Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств до и выше 1000 В, аккумуляторной батареи устройств управления и вспомогательных сооружений.

Распределительным устройством называется электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы.

Линией электропередачи (ЛЭП) любого напряжения (воздушной или кабельной) называется электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии на одном и том же напряжении без трансформации.

Рис. 1. Передача и распределение электрической энергии

По ряду признаков электрические сети подразделяются на большое количество разновидностей, для которых применяются различные методы расчета, монтажа и эксплуатации.

Электрические сети делятся:

1. По напряжению:

2. По уровню номинального напряжения:

а) сети низкого (напряжения (до 1 кВ);

б) сети среднего напряжения (выше 1 кВ и до 35 кВ включительно);

в) сети высокого напряжения (110 . 220 кВ);

г) сети сверхвысокого напряжения (330 . 750 кВ);

д) сети ультравысокого напряжения (выше 1000 кВ)

3. По степени подвижности:

а) передвижные (допускают многократное изменение трассы, свертывание и развертывание) – сети до 1 кВ;

б) стационарные сети (имеют неизменяемую трассу и конструкцию):

временные – для питания объектов, работающих непродолжительно (несколько лет);

постоянные – большинство электрических сетей, работающих в течение десятилетий.

4. По назначению:

а) сети до 1 кВ: осветительные; силовые; смешанные; специальные (сети управления и сигнализации).

б) сети выше 1 кВ: местные, обслуживающие небольшие районы, радиусом действия 15. 30 км, напряжением до 35 кВ включительно; районные, охватывающие большие районы и связывающие электростанции электрической системы между собой и с центрами нагрузок, напряжением 110 кВ и выше.

5. По роду тока и числу проводов:

а) линии постоянного тока: однопроводные, двухпроводные, трехпроводные (+, -, 0);

б) линии переменного тока: однофазные (одно- и двухпроводные), трехфазные (трех- и четырехпроводные), неполнофазные (две фазы и нуль).

6. По режиму работы нейтрали: с эффективно заземленной нейтралью (сети выше 1 кВ), с глухозаземленной нейтралью (сети до и выше 1 кВ), с изолированной нейтралью (сети до и выше 1 кВ).

7. По схеме электрических соединений:

а) разомкнутые (нерезервированные):

Рис. 2 . Схемы разомкнутых сетей : а) радиальные (нагрузка только на конце линии); б) магистральные (нагрузка присоединена к линии в разных местах). б) замкнутые (резервированные).

Рис. 3 . Схемы замкнутых сетей : а) сеть с двухсторонним питанием; б) кольцевая сеть; в) двойная магистральная линия; г) сложнозамкнутая сеть (для питания ответственных потребителей по двум и более направлениям).

8. По конструкции: электропроводки (силовые и осветительные ), токопроводы – для передачи электроэнергии в больших количествах на небольшие расстояния, воздушные линии – для передачи электроэнергии на большие расстояния, кабельные линии – для передачи электроэнергии на далекие расстояния в случаях, когда сооружение ВЛ невозможно.

К электрическим сетям предъявляются следующие требования : надежность, живучесть и экономичность.

Надежность – основное техническое требование, под которым понимается свойство сети выполнять свое назначение в пределах заданного времени и условий работы, обеспечивая электроприемники электроэнергией в необходимом количестве и надлежащего качества.

Необходимое количество электроэнергии определяется мощностью и режимом работы электроприемников. Качество электроэнергии зависит от параметров сети и определяется ГОСТ 13109-97, в которых приведены допустимые отклонения напряжения на зажимах электроприемников: электродвигатели -5% . +10%; лампы рабочего освещения промышленных предприятий и общественных зданий, прожекторы наружногоюсвещения -2,5%. +5%; лампы освещения жилых зданий, аварийного и наружного освещения, прочие электроприемники ±5%.

Надежность обеспечивается:

1. применением схемы сети, учитывающей ответственность электроприемников;

2. выбором соответствующих марок проводов и кабелей;

3. тщательным расчетом сечений проводов и кабелей по нагреву, допустимой потере напряжения и механической прочности и расчетом устройств регулирования напряжения;

4. соблюдением технологии электромонтажных работ;

5. своевременным и качественным выполнением правил технической эксплуатации.

Живучесть электрической сети – это свойство выполнять свое назначение в условиях разрушающих воздействий в том числе и в боевой обстановке при воздействиях средств поражения противника.

1. использованием конструкций, которые наименее подвержены разрушению при воздействии поражающих факторов оружия противника;

2. специальной защитой сети от поражающих факторов;

3. четкой организацией ремонтно-восстановительных работ. Живучесть – основное тактическое требование.

Экономичность — это минимум затрат на сооружение и эксплуатацию сети при условии выполнения требований надежности и живучести.

1. применением типовых серийно выпускаемых и стандартных конструкций;

2. унификацией материалов и оборудования;

3. применением недефицитньгх и недорогих материалов;

4. возможностью дальнейшего развития, расширения и усовершенствования в процессе эксплуатации.

Эффективное распределение электроэнергии

«Физика – 11 класс»

Производство электроэнергии

Производится электроэнергия на электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов.
Существует два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические.
Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.

На тепловых электростанциях источником энергии является топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы.
Роторы электрических генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания.

Тепловые паротурбинные электростанции – ТЭС наиболее экономичны.

В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару.
В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору.
Вал турбины жестко соединен с валом генератора.
Паровые турбогенераторы весьма быстроходны: число оборотов ротора составляет несколько тысяч в минуту.

Тепловые электростанции — ТЭЦ позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд.
В результате КПД ТЭЦ достигает 60—70%.
В России ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии и снабжают электроэнергией сотни городов.

На гидроэлектростанциях – ГЭС для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды.

Роторы электрических генераторов приводятся во вращение гидравлическими турбинами.
Мощность такой станции зависит от создаваемого плотиной напора и массы воды, проходящей через турбину в каждую секунду.

Гидроэлектростанции дают около 20% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии.

Атомные электростанции – АЭС в России дают около 10% электроэнергии.

Использование электроэнергии

Главным потребителем электроэнергии является промышленность – 70% производимой электроэнергии.
Крупным потребителем является также транспорт.

Большая часть используемой электроэнергии сейчас превращается в механическую энергию, т.к. почти все механизмы в промышленности приводятся в движение электрическими двигателями.

Передача электроэнергии

Передача электроэнергии связана с заметными потерями, так как электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля — Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой

где
R — сопротивление линии,
U — передаваемое напряжение,
Р — мощность источника тока.

При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной.
Значительно снизить сопротивление линии R практически весьма трудно, поэтому приходится уменьшать силу тока I.

Так как мощность источника тока Р равна произведению силы тока I на напряжение U, то для уменьшения передаваемой мощности нужно повысить передаваемое напряжение в линии передачи.

Для этого на крупных электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы.
Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько раз уменьшает силу тока.

Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Генераторы переменного тока настраивают на напряжения, не превышающие 16—20 кВ. Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов.

Далее для непосредственного использования электроэнергии потребителем необходимо понижать напряжение.

Это достигается с помощью понижающих трансформаторов.

Понижение напряжения (и соответственно увеличение силы тока) осуществляются поэтапно.

При очень высоком напряжении между проводами может начаться разряд, приводящий к потерям энергии.
Допустимая амплитуда переменного напряжения должна быть такой, чтобы при заданной площади поперечного сечения провода потери энергии вследствие разряда были незначительными.

Электрические станции объединены высоковольтными линиями электропередачи, образуя общую электрическую сеть, к которой подключены потребители.
Такое объединение, называемое энергосистемой, дает возможность распределять нагрузки потребления энергии.
Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям.
Сейчас в нашей стране действует Единая энергетическая система европейской части страны.

Использование электроэнергии

Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается как в промышленности, на транспорте, в научных учреждениях, так и в быту. Удовлетворить эту потребность можно двумя основными способами.

Первый — строительство новых мощных электростанций: тепловых, гидравлических и атомных.
Однако строительство крупной электростанции требует нескольких лет и больших затрат.
Кроме того, тепловые электростанции потребляют невозобновляемые природные ресурсы: уголь, нефть и газ.
Одновременно они наносят большой ущерб равновесию на нашей планете.
Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом.

Второй – эффективное использование электроэнергии: современные люминесцентные лампы, экономия освещения.

Большие надежды возлагаются на получение энергии с помощью управляемых термоядерных реакций.

Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии, а не повышению мощности электростанций.

Источник: «Физика – 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Производство, передача и использование электрической энергии. Физика, учебник для 11 класса – Класс!ная физика

Распределение электроэнергии

Дополнительно по теме

Особенностью процесса производства, передачи и потребления электроэнергии является его непрерывность. Процесс производства электроэнергии совпадает по времени с процессом ее потребления, поэтому электростанции, электрические сети и электроприемники потребителей связаны общностью режима. Общность режима вызывает необходимость организации энергетических систем.

Энергетическая система (энергосистема) представляет собой совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом. Частью энергетической системы является электрическая система, представляющая собой совокупность электроустановок электрических станций и электрических сетей энергосистемы.

Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.

Электроприемник – аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. Потребитель электроэнергии – один или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.

Электроустановки, в которых производится, преобразуется, распределяется и потребляется электроэнергия, делятся в зависимости от рабочего напряжения на электроустановки напряжением до 1000 и выше 1000 В.

Распределительным устройством (РУ) является электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая сборные и соединительные шины, коммутационные аппараты, устройства защиты, автоматики и телемеханики, измерительные приборы и вспомогательные устройства. Распределительные устройства подразделяются на открытые (расположенные на открытом воздухе) и закрытые (в здании). В городских условиях в большинстве случаев применяют закрытые РУ.

Подстанция – это электроустановка, служащая для преобразования и распределения электрической энергии и состоящая из РУ до и выше 1000 В, силовых трансформаторов или других преобразователей электроэнергии и вспомогательных сооружений.

Структурная схема электроснабжения города показана на рис. 1. Генераторы ГРЭС вырабатывают электроэнергию напряжением 6, 10 или 20 кВ. При таком напряжении передавать электроэнергию на большое расстояние (более 4 – 6 км) неэкономично. Поэтому в целях уменьшения потерь мощности в линиях передачу электроэнергии на большие расстояния производят при повышенном напряжении, для чего на электростанциях имеются повышающие силовые трансформаторы, которые повышают напряжение до расчетного (35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 кВ). На электрических понижающих подстанциях, расположенных в черте города, напряжение понижается до 6-10 кВ. Понижающая подстанция обычно состоит из открытой части напряжением 110 – 220 кВ и закрытой части, в которой имеется распределительное устройство напряжением 6-10 кВ.

Читайте также:  Розетка с заземлением - как подключить

Рис. 1. Структурная схема электроснабжения города

ЭС – государственная районная электростанция (ГРЭС), Т1 – повышающий трансформатор при ГРЭС, Т2 – понижающий трансформатор центра питания, ТЗ – понижающий трансформатор в ТП, ВЛ – воздушная линия напряжением 35 – 750 кВ, РУ – распределительное устройство 6-10 кВ понижающей подстанции (центра питания), ПКЛ – питающая кабельная линия, РП – распределительный пункт, РКЛ – распределительная кабельная линия, КЛ – кабельная линия напряжением 0,4 кВ, ВРУ – вводно-распределительное устройство в жилом доме, ГПП – главная понижающая подстанция завода, ЩУ – щитовое устройство напряжением 0,4 кВ в цехе завода

Центр питания (ЦП) представляет собой распределительное устройство генераторного напряжения электростанции или распределительное устройство вторичного напряжения понижающей подстанции энергосистемы, имеющей устройство для регулирования напряжения, к которому присоединены электрические сети данного района.

Как видно из рис. 1, кабельная линия от ЦП проложена в распределительный пункт РП. Эта линия, не имеющая распределения электроэнергии по ее длине от ЦП до РП, называется питающей кабельной линией.

Распределительный пункт – это распредели-тельное устройство 6 – 20 кВ, предназначенное для приема по питающим линиям электроэнергии от ЦП и передачи ее в распределительную сеть. В распределительный пункт входят сборные и соединительные шины, коммутационные аппараты, устройства защиты, автоматики и телемеханики, а также измерительные приборы. Распределительный пункт может быть совмещен с трансформаторной подстанцией, обслуживающей расположенных вблизи потребителей. Из распределительного пункта по разным направлениям отходят кабельные линии РКЛ, питающие ряд трансформаторных подстанций ТП и называемые распределительными.

Трансформаторная подстанция, представляющая собой электроустановку, в которой электроэнергия трансформируется с напряжения 6 – 20 кВ на напряжение до 1000 В и распределяется на этом напряжении, состоит из силовых трансформаторов, распределительных устройств напряжением до и выше 1000 В, устройств управления и вспомогательных сооружений.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) состоит из трансформаторов, распределительного (или вводного) устройства 6 – 10 кВ, распределительного устройства 0,4 кВ, токопроводов между ними, поставляемых в собранном или подготовленном для сбора виде. Открытая трансформаторная подстанция, все оборудование которой установлено на высоких конструкциях или опорах линий электропередачи, называется столбовой или мачтовой (МТП).

От трансформаторных подстанций непосредственно к потребителям отходят воздушные линии или распределительные кабели КЛ напряжением до 1000 В, проложенные к вводно-распределительным устройствам (вводам) ВРУ или распределительным щитам, находящимся в зданиях потребителей. От вводов или распределительных щитов в домах проложены магистрали (стояки), от которых, в свою очередь, отходят линии распределительной сети по квартирам.

Питающие кабельные линии могут быть проложены от ЦП не только в РП, где нет трансформаторов, но и в главные понижающие подстанции заводов ГПП, где электроэнергия распределяется по распределительным кабельным линиям и преобразуется с помощью силовых трансформаторов в электроэнергию напряжением до 1000 В. В этом случае на ГПП устанавливают силовые трансформаторы и распределительный щит напряжением до 1000 В, от которого электроэнергия шино-проводами или проводами, проложенными на эстакадах или лотках, либо по кабельным линиям передается непосредственно в цехи и далее к электроприемникам.

Городская электрическая сеть включает расположенные на территории данного города электроустановки, служащие для электроснабжения токоприемников и представляющие собой совокупность питающих линий от ЦП, РП и ТП, распределительных линий напряжением 6-10 кВ и до 1000В, вводных устройств у потребителей.

Категории электроприемников по степени надежности электроснабжения

Схемы построения питающих и распределительных сетей различны по степени обеспечения надежности электроснабжения электроприемников. В соответствии с Правилами устройства электроустановок электроприемники по степени надежности электроснабжения делятся на три категории.

Первая категория – это электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. К ним относятся сооружения с массовым скоплением людей (театры, стадионы, универмаги, универсамы), электрифицированный транспорт (метрополитен, железные дороги, троллейбусы, трамваи), больницы, предприятия связи, жилые здания высотой более 16 этажей, в которых имеются электродвигатели пожарных насосов, аварийное освещение и системы обеспечения незадымляемости, группы городских потребителей с суммарной нагрузкой выше 10000 кВ-А, некоторые силовые установки (вращающиеся печи с дутьем).

Электроприемники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, и перерыв их электроснабжения допускается только на время автоматического ввода резервного питания. Независимым считается такой источник питания электроприемников, на котором сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках питания этих электроприемников.

Из электроприемников первой категории выделяется особая группа, бесперебойная работа которой необходима для безаварийного останова производства во избежание угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования. Для электроснабжения этой группы электроприемников должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого источника питания.

Вторая категория – это электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. К ним относятся жилые дома с электроплитами, жилые дома высотой более 4 этажей с газовыми плитами, школы и учебные заведения, лечебные и детские учреждения, силовые установки, допускающие перерывы в электроснабжении без повреждения основного оборудования, группы городских потребителей с общей нагрузкой от 400 до 10000 кВА.

Электроприемники второй категории рекомендуется

обеспечивать электроэнергией от двух независимых источников питания; для них допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом предприятия или выездной оперативной бригадой электроснабжающей организации.

Третья категория – все остальные электроприемники, электроснабжение которых может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы в электроснабжении на время ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения не превысят одних суток.

Принципиальные схемы электроснабжения города

Наиболее дешевой и простой схемой электроснабжения электроприемников третьей категории является радиальная тупиковая (рис. 2), однако она ненадежна, так как при повреждении любого элемента системы электроснабжения (линии, оборудования) электроприемники будут оставаться без электроэнергии при ремонте или замене этого элемента. Эту схему электроснабжения городских электроприемников применять не рекомендуется. Для электроприемников второй и третьей категории может быть использована кольцевая схема электроснабжения. показанная на рис. 3. При повреждении люоои из распределительных линий электроснабжение электроприемников восстанавливают ручным отключением поврежденной линии и включением резервной. В кольцевой схеме электроснабжения имеются места деления (разрывы) сети, в которых постоянно отключены разъединители или выключатели. Их включают при необходимости тго-дачи электроэнергии от резервной линии в случае повреждения основной линии или отключения ее для производства на ней работ. Перерыв в электроснабжении при этой схеме допускается на время, необходимое для отключения поврежденного участка и производства переключений (примерно 2 ч).

Более надежными являются схемы электроснабжения электроприемников, в которых предусматривается параллельная работа питающих линий или автоматическое включение резервного питания (АВР). На рис. 4, а, б показаны схемы электроснабжения распределительных пунктов с двумя параллельно работающими питающими линиями и направленной максимальной токовой защитой. Поврежденная линия отключается с двух сторон выключателями, а питание электроприемников продолжатся бесперебойно по другой питающей линии. Такую схему применяют для электроснабжения электро приемников второй категории, так как при выходе из строя питающего центра электроснабжение будет нарушено.

Для потребителей первой категории используют схемы, в которых электроприемники получают электроэнергию от двух различных центров питания. На рис. 5, а, б показаны схемы электроснабжения электроприемников от двух центров питания с одним или двумя РП и с применением АВР. При повреждении одной из питающих линий она от действия защиты и автоматики отключается с двух сторон выключателями, после чего включается выключатель резерва и восстанавливается питание электроприемников.

Схемы, показанные на рис. 4 и 5, применяют для электроснабжения электроприемников второй категории, если капитальные затраты для их осуществления не увеличиваются более чем на 5 % по сравнению с затратами для осуществления схем ручного ввода резерва. Нагрузка каждой питающей линии в этих схемах должна быть в таких пределах, чтобы при выходе из строя одной из них другая линия могла принять на себя с учетом кратковременной перегрузки нагрузку поврежденной. Эти нагрузки определяются расчетом и составляют примерно 65 % длительно допустимых.

При построении схем распределительных сетей для электроснабжения электроприемников первой и второй категорий применяют схемы трансформаторной подстанции с АВР на стороне напряжения 6-10 кВ и двухлучевые схемы с АВР на стороне напряжения до 1000 В.

Схемы электроснабжения трансформаторной подстанции с АВР на стороне напряжения 6 – 10 кВ показаны на рис. 6, а, б. Если повреждается линия, отходящая от РП2, то от действия защиты и автоматики она отключается с двух сторон выключателями, после чего автоматически включается выключатель АВР. Такую схему чаще всего используют для электроснабжения промышленных предприятий.

Двухлучевая схема (рис. 7) предусматривает питание одной ТП двумя линиями. Каждая из них питает свой трансформатор (лучи А и Б), на котором со стороны напряжения до 1000 В установлены контакторы, автоматически переключающие нагрузку с одного трансформатора на другой при исчезновении напряжения на каком-либо из них.

Pис. 2. Тупиковая схема электроснабжения

Рис. 3. Кольцевая схема электроснабжения. Стрелкой обозначено место деления (разрыва) сети

Рис. 4. Схема питающей сети с направленной максимальной токовой защитой: а – одного РП, 6 – двух РП с линией связи между распределительными пунктами. Стрелками обозначено наличие направленной защиты

Рис. 5. Схемы питающей сети с автоматическим включением резервного питания: а – с секционным АВР, б – с АВР на линии связи

Рис. 6. Схемы электроснабжения трансформаторной подстанции с АВР на стороне напряжения 6-10 кВ: а – на выключателе линии, б – на секционном выключателе

Рис. 7. Двухлучевая схема распределительной сети

Рис. 8. Схема автоматизированной распределительной сети

Двухлучевая схема широко применяется для электроснабжения жилых кварталов сплошной застройки крупных городах и используется также в сочетании со схемой АВР в автоматизированной распределительной сети (рис. 8).

Схемы сетей напряжением до 1000 В выполняют тупиковыми, петлевыми (кольцевыми) или замкнутыми. Наиболее распространены петлевые схемы. В этом случае к вводному устройству подходят две линии, каждая из которых обеспечивает снабжение электроэнергией электроприемников при повреждении одной из них.

Для электроприемников первой категории выполняют автоматику АВР на вводно-распределительных устройствах или в распределительных сетях, отходящих от вводно-распределительных устройств, и в этом случае электроснабжение осуществляется несколькими (не менее двух) линиями напряжением до 1 кВ от различных трансформаторов.

В замкнутых кабельных сетях все кабельные линии напряжением до 1000 В включены параллельно (замкнуты), а в трансформаторных подстанциях на силовых трансформаторах со стороны напряжения до 1000 В установлены автоматы обратной мощности, отключающие трансформаторы от сети при повреждении распределительных кабелей напряжением выше 1000 В, или специальные предохранители, обеспечивающие селективное отключение поврежденного участка. Замкнутые сети напряжением до 1000 В предусматривают питание от нескольких трансформаторных подстанций, получающих электроэнергию от различных источников электроснабжения, и наличие разветвленной кабельной сети с кабелями достаточного сечения.

Эти сети обеспечивают надежное электроснабжение потребителей, поскольку при отключении участка сети 6-10 кВ напряжение у потребителей сохраняется, но из-за сложности защиты от коротких замыканий в нашей стране применяются редко.

В настоящее время автоматизированные схемы электроснабжения широко используют в городских электросетях, что приводит их к полной автоматизации. В этом случае любое повреждение в сети 6-10 кВ и самих трансформаторов не приводит к прекращению электроснабжения потребителей и может оставаться длительное время незамеченным для персонала электросети. Поэтому в городских электросетях применяют устройства телемеханики, подающие сигнал на соответствующий диспетчерский пункт об изменении положения в РП указателей сигнализации замыканий на землю, положения выключателей и позволяющие производить измерения нагрузки и напряжения контролируемых объектов, а также телеуправление выключателями. Такие устройства устанавливают в ЦП, РП и ТП. При использовании установки телемеханики улучшаются технико-экономические показатели электросети, поскольку можно отказаться от постоянного дежурного персонала на телемеханизированных объектах, сократить время ликвидации повреждений и т. п.

Читайте также:  Электропроводка применяемая в бане

Передача электроэнергии — распространенные способы и альтернативные варианты

Электричество не относится к накопительным ресурсам. На сегодняшний день нет эффективных технологий, позволяющих аккумулировать энергию, выработанную генераторами, поэтому передача электроэнергии потребителям относится к актуальным задачам. В стоимость ресурса входят затраты на его производство, потери при транспортировке и расходы на монтаж и обслуживание ЛЭП. При этом от схемы передачи напрямую зависит эффективность системы электроснабжения.

Высокое напряжение, как способ уменьшения потерь

Несмотря на то, что во внутренних сетях большинства потребителей, как правило, 220/380 В, электроэнергия передается к ним по высоковольтным магистралям и понижается на трансформаторных подстанциях. Для такой схемы работы есть весомые основания, дело в том, что наибольшая доля потерь приходится на нагрев проводов.

Мощность потерь описывает следующая формула: Q = I 2 * Rл ,

где I – сила тока, проходящего через магистраль, RЛ – ее сопротивление.

Исходя из приведенной формулы можно заключить, что снизить затраты можно путем уменьшения сопротивления в ЛЭП или понизив силу тока. В первом случае потребуется увеличивать сечения провода, это недопустимо, поскольку приведет к существенному удорожанию электропередающих магистралей. Выбрав второй вариант, понадобится увеличить напряжение, то есть, внедрение высоковольтных ЛЭП приводит к снижению потерь мощности.

Классификация линий электропередач

В энергетике принято разделять ЛЭП на виды в зависимости от следующих показателей:

  1. Конструктивные особенности линий, осуществляющих передачу электроэнергии. В зависимости от исполнения они могут быть двух видов:
  • Воздушными. Передача электричества осуществляется с использованием проводов, которые подвешиваются на опоры. Воздушные линии электропередач
  • Кабельными. Такой способ монтажа подразумевает укладку кабельных линий непосредственно в грунт или в специально предназначенные для этой цели инженерные системы. Обустройство блочной кабельной канализации
  1. Вольтаж. В зависимости от величины напряжения ЛЭП принято классифицировать на следующие виды:
  • Низковольтные, к таковым относятся все ВЛ с напряжением не более 1-го кВ.
  • Средние – от 1-го до 35-ти кВ.
  • Высоковольтные – 110,0-220,0 кВ.
  • Сверхвысоковольтные – 330,0-750,0 кВ.
  • Ультравысоковольтные — более 750-ти кВ. Ультравысоковольтная ЛЭП Экибастуз-Кокчетав 1150 кВ
  1. Разделение по типу тока при передаче электричества, он может быть переменным и постоянным. Первый вариант более распространен, поскольку электростанции, как правило, оборудованы генераторами переменного тока. Но для уменьшения нагрузочных потерь энергии, особенно на большой дальности передачи, более эффективен второй вариант. Как организованы схемы передачи электричества в обоих случаях, а также преимущества каждого из них, будет рассказано ниже.
  2. Классификация в зависимости от назначения. Для этой цели приняты следующие категории:
  • Линии от 500,0 кВ для сверхдальних расстояний. Такие ВЛ связывают между собой отдельные энергетические системы.
  • ЛЭП магистрального назначения (220,0-330,0 кВ). При помощи таких линий осуществляется передача электричества, вырабатываемого на мощных ГЭС, тепловых и атомных электростанциях, а также их объединения в единую энергосистему.
  • ЛЭП 35-150 кВ относятся к распределительным. Они служат для снабжения электроэнергией крупных промышленных площадок, подключения районных распределительных пунктов и т.д.
  • ЛЭП с напряжением до 20,0 кВ, служат для подключения групп потребителей к электрической сети.

Способы передачи электроэнергии

Осуществить передачу электроэнергии можно двумя способами:

  • Методом прямой передачи.
  • Преобразуя электричество в другой вид энергии.

В первом случае электроэнергия передается по проводникам, в качестве которых выступает провод или токопроводящая среда. В воздушных и кабельных ЛЭП применяется именно этот метод передачи. Преобразование электричества в другой вид энергии открывает перспективы беспроводного снабжения потребителей. Это позволит отказаться от линий электропередач и, соответственно, от расходов, связанных с их монтажом и обслуживанием. Ниже представлены перспективные беспроводные технологии, над совершенствованием которых ведутся работы.

Технологии беспроводной передачи электричества

К сожалению, на текущий момент возможности транспортировки электричества беспроводным способом сильно ограничены, поэтому об эффективной альтернативе методу прямой передачи говорить пока рано. Исследовательские работы в этом направлении позволяют надеяться, что в ближайшее время решение будет найдено.

Схема передачи электроэнергии от электростанции до потребителя

Ниже на рисунке представлены типовые схемы, из которых первые две относятся к разомкнутому виду, остальные — к замкнутому. Разница между ними заключается в том, что разомкнутые конфигурации не являются резервированными, то есть, не имеют резервных линий, которые можно задействовать при критическом увеличении электрической нагрузки.

Пример наиболее распространенных конфигураций ЛЭП

Обозначения:

  1. Радиальная схема, на одном конце линии находится электростанция производящая энергию, на втором — потребитель или распределительное устройство.
  2. Магистральный вариант радиальной схемы, отличие от предыдущего варианта заключается в наличии отводов между начальным и конечным пунктами передачи.
  3. Магистральная схема с питанием на обоих концах ЛЭП.
  4. Кольцевой тип конфигурации.
  5. Магистраль с резервной линией (двойная магистраль).
  6. Сложнозамкнутый вариант конфигурации. Подобные схемы применяются при подключении ответственных потребителей.

Теперь рассмотрим более подробно радиальную схему для передачи вырабатываемой электроэнергии по ЛЕП переменного и постоянного тока.

Рис. 6. Схемы передачи электроэнергии к потребителям при использовании ЛЭП с переменным (А) и постоянным (В) током

Обозначения:

  1. Генератор, где вырабатывается я электроэнергия с синусоидальной характеристикой.
  2. Подстанция с повышающим трехфазным трансформатором.
  3. Подстанция с трансформатором, понижающим напряжение трехфазного переменного тока.
  4. Отвод для передачи электироэнергии распределительному устройству.
  5. Выпрямитель, то есть устройство преобразующее трехфазный переменный ток в постоянный.
  6. Инверторный блок, его задача сформировать из постоянного напряжение синусоидальное.

Как видно из схемы (А), с источника энергии электричество подается на повышающий трансформатор, затем при помощи воздушных линий электропередач производится транспортировка электроэнергии на значительные расстояния. В конечной точке линия подключается к понижающему трансформатору и от него идет к распределителю.

Метод передачи электроэнергии в виде постоянного тока ( В на рис.6) от предыдущей схемы отличается наличием двух преобразовательных блоков (5 и 6).

Закрывая тему раздела, для наглядности приведем упрощенный вариант схемы городской сети.

Наглядный пример структурной схемы электроснабжения

Обозначения:

  1. Электростанция, где электроэнергия производится.
  2. Подстанция, повышающая напряжение, чтобы обеспечить высокую эффективность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
  3. ЛЭП с высоким напряжением (35,0-750,0 кВ).
  4. Подстанция с понижающими функциями (на выходе 6,0-10,0 кВ).
  5. Пункт распределения электроэнергии.
  6. Питающие кабельные линии.
  7. Центральная подстанция на промышленном объекте, служит для понижения напряжения до 0,40 кВ.
  8. Радиальные или магистральные кабельные линии.
  9. Вводный щит в цеховом помещении.
  10. Районная распределительная подстанция.
  11. Кабельная радиальная или магистральная линия.
  12. Подстанция, понижающая напряжение до 0,40 кВ.
  13. Вводный щит жилого дома, для подключения внутренней электрической сети.

Передача электроэнергии на дальние расстояния

Основная проблема, связанная с такой задачей – рост потерь с увеличением протяженности ЛЭП. Как уже упоминалось выше, для снижения энергозатрат на передачу электричества уменьшают силу тока путем увеличения напряжения. К сожалению, такой вариант решения порождает новые проблемы, одна из которых коронные разряды.

С точки зрения экономической целесообразности потери в ВЛ не должны превышать 10%. Ниже представлена таблица, в которой приводится максимальная протяженность линий, отвечающих условиям рентабельности.

Таблица 1. Максимальная протяженность ЛЭП с учетом рентабельности (не более 10% потерь)

Напряжение ВЛ (кВ)Протяженность (км)
0,401,0
10,025,0
35,0100,0
110,0300,0
220,0700,0
500,02300,0
1150,0*4500,0*

* — на текущий момент ультравысоковольтная ВЛ переведена на работу с напряжением в половину от номинального (500,0 кВ).

Постоянный ток в качестве альтернативы

В качестве альтернативы электропередачи переменного тока на большое расстояние можно рассматривать ВЛ с постоянным напряжением. Такие ЛЭП обладают следующими преимуществами:

  • Протяженность ВЛ не влияет на мощность, при этом ее максимальное значение существенно выше, чем у ЛЭП с переменным напряжением. То есть при увеличении потребления электроэнергии (до определенного предела) можно обойтись без модернизации.
  • Статическую устойчивость можно не принимать во внимание.
  • Нет необходимости синхронизировать по частоте связанные энергосистемы.
  • Можно организовать передачу электроэнергии по двухпроводной или однопроводной линии, что существенно упрощает конструкцию.
  • Меньшее влияние электромагнитных волн на средства связи.
  • Практически отсутствует генерация реактивной мощности.

Несмотря на перечисленные способности ЛЭП постоянного тока, такие линии не получили широкого распространения. В первую очередь это связано с высокой стоимостью оборудования, необходимого для преобразования синусоидального напряжения в постоянное. Генераторы постоянного тока практически не применяются, за исключением электростанций на солнечных батареях.

С инверсией (процесс полностью противоположный выпрямлению) также не все просто, необходимо допиться качественных синусоидальных характеристик, что существенно увеличивает стоимость оборудования. Помимо этого следует учитывать проблемы с организацией отбора мощности и низкую рентабельность при протяженности ВЛ менее 1000-1500 км.

Кратко о свехпроводимости.

Сопротивление проводов можно существенно снизить, охладив их до сверхнизких температур. Это позволило бы вывести эффективность передачи электроэнергии на качественно новый уровень и увеличить протяженность линий для использования электроэнергии на большом удалении от места ее производства. К сожалению, доступные на сегодняшний день технологии не могут позволить использования сверхпроводимости для этих целей ввиду экономической нецелесообразности.

Оценка эффективности использования и распределения электрической энергии в системе электроснабжения промышленного предприятия Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Каратеев Павел Юрьевич

Рассмотрена оценка эффективности использования и распределения электрической энергии в системе электроснабжения промышленного предприятия на основании проведенного энергетического обследования.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Каратеев Павел Юрьевич

ENTERPRIZE POWER SUPPLY SYSTEM ELECTRICAL ENERGY EFFICIENT DISTRIBUTION AND UTILIZING ASSESSMENT

Enterprize power supply system electrical energy efficient distribution and utilizing assessment with reference to energy inspection.

Текст научной работы на тему «Оценка эффективности использования и распределения электрической энергии в системе электроснабжения промышленного предприятия»

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Рассмотрена оценка эффективности использования и распределения электрической энергии в системе электроснабжения промышленного предприятия на основании проведенного энергетического обследования.

Ключевые слова: распределение электроэнергии, система электроснабжения, энергоэффективность.

Структура системы электрообеспечения промышленного предприятия включает в себя внутризаводские электросети высокого напряжения, понижающие цеховые трансформаторы, внутрицеховые электросети низкого напряжения, приемники электроэнергии. Основными потребителями электроэнергии являются: электропривод (70% потребляемой электроэнергии), электротермические установки (до 20%) и освещение (10%).

Система электроснабжения является подсистемой, как питающей энергосистемы, так и технологической системы. Следовательно, система электроснабжения промышленного предприятия оказывается на стыке этих двух систем, и ее режимы влияют и на первую, и на вторую. В свою очередь, питающая энергосистема и технологическая система предъявляют требования к параметрам режимов системы электроснабжения [1].

Технологическая система обязывает систему электроснабжения обеспечивать подачу электроэнергии в необходимом количестве и требуемого качества. То есть технология производства, во-первых, задает уровень электропотребления при номинальном напряжении на электроприемниках, а во-вторых, ограничивает допустимые пределы отклонения напряжения от номинального. Кроме того, предприятие заинтересовано в уменьшении платы за электроэнергию, то есть в уменьшении активной нагрузки системы электроснабжения.

Читайте также:  Регулятор оборотов своими руками

С точки зрения питающей энергосистемы одним из основных показателей режимов работы системы электроснабжения является активная мощность, потребляемая в максимум нагрузки. Величина этой мощности определяется активной нагрузкой приемников и потерями мощности на передачу по элементам электросетей и цеховым трансформаторам. Снижение потребления активной мощности актуально как в период максимума, так и в остальные интервалы времени. Система электроснабжения должна также выполнять требования питающей энергосистемы к потреблению реактивной мощности.

Таким образом, эффективное электропотребление при эксплуатации системы электроснабжения Промышленного предприятия является насущной необходимостью.

До настоящего времени предлагались следующие способы регулирования потребления активной мощности предприятием: отключение части электропотребителей при возникновении дефицита мощности в энергосистеме, изменение времени начала работы потребителей-регуляторов с целью выравнивания графика нагрузки, уменьшение потерь мощности на передачу в электросетях и трансформаторах система электроснабжения, повышение эффективности использования электроэнергии в приемниках [2].

Эффективное распределение и потребление электрической энергии в системе электроснабжения» может быть достигнуто за счет эффективного потребления и интеллектуальным контролем за распределением активной мощности без нарушения установившегося технологического процесса и при соблюдении у каждого приемника электроэнергии допустимых отклонений напряжения.

Система электроснабжения должна рассматривается как единый комплекс, включающий в себя внутризаводские и цеховые электрические сети, конденсаторы и приемники электроэнергии. При этом, оптимизация режимов в системе электроснабжения осуществляется не только с учетом потерь мощности на передачу по электрической сети, но и с учетом изменения мощности приемников электроэнергии и конденсаторов при отклонении напряжения от номинального. Мощности приемников электроэнергии и конденсаторов при реальных величинах напряжения возможно определять в соответствии с их статическими характеристиками по напряжению.

Проблему эффективного электропотребления можно решить путем сравнения параметров режимов при разных вариантах сочетаний уровней напряжений и мощностей батарей конденсаторов. Такой путь достаточно трудоемок из-за большой размерности задачи. Задача оптимального управления режимом распределения потока электроэнергии в сетях системы электроснабжения формулируется следующим образом: обеспечить средствами регулирования напряжения, оперативного автоматического переключения, диспетчеризации и компенсации реактивной мощности, минимальный отпуск активной мощности от шин источников питания при соблюдении у всей массы приемников электроэнергии требуемых показателей электрической энергии [3].

В ходе проведения энергообследования ОАО «Трансмаш» было выявлено, что основной причиной нерационального расхода электроэнергии является физический износ электрического и технологического оборудования, перепады напряжения, а также несимметричность нагрузок по фазам (рис.1).

Рис. 1. Осциллограмма токов на одном из вводов

В настоящее время в условиях снижения производства и снижения уровня электропотребления повсеместно наблюдается недогрузка оборудования. Поэтому в качестве общего мероприятия может быть рекомендовано: за счет внутреннего перераспределения электротехнического оборудования с Кз = 0,2. 0,5 на оборудований меньшей номинальной мощности, чтобы добиться увеличения коэффициента загрузки. Для асинхронных двигателей эффективно применение автоматического частотнорегулируемого электропривода, дающего экономию электроэнергии не ниже 50. 60%, что позволяет в среднем обеспечить срок окупаемости такой установки 1. 2 года. Особенно эффективны такие частотнорегулируемые приводы для вентиляторов и насосов.

Повышение эффективности использования и распределения электрической энергии может быть также реализована путем установки дополнительных компенсаторов реактивной мощности, проведения футеровки закалочных печей, рекуперацией электрической энергии и установка системы комплексного учета и контроля за потреблением электрической энергии, обеспечивающей эффективное использование и распределение электроэнергии в электропитающих сетях.

1. Сотсков Б. С. Основы теории и расчета надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. М.: Высшая школа, 1970. 270 с.

2. Эффективное использование электроэнергии / под ред. К. Сми-та; пер. с англ. М.: Энергоиздат, 1981. 400 с.

3. Кацман М. М. Электрические машины: учебник для студентов. 3е изд., испр. М.: Издательский центр «Академия», 2000. 463 с.

Каратеев Павел Юрьевич, асп., karat.tulgu@ya.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ENTERPRIZE POWER SUPPLY SYSTEM ELECTRICAL ENERGY EFFICIENT DISTRIBUTION AND UTILIZING ASSESSMENT

Enterprize power supply system electrical energy efficient distribution and utilizing assessment with reference to energy inspection.

Key words: electrical energy distribution, power supply system, power supply efficiency.

Karateev Pavel Yuryevich, postgraduate, karat.tulgu@ya.ru, Russia, Tula, Tula State University

КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ

В.М. Степанов, В.С. Косырихин, И.М. Базыль, П.Ю. Каратеев

Рассмотрена структура, функционально связывающая электротехнические устройства, обеспечивающие эффективное использование, распределение и снижение потерь электроэнергии в электропитающих системах.

Ключевые слова: качество электрической энергии, эффективное использование электроэнергии, потери электрической энергии.

Использование электрической энергии определяется не только показателями качества электроэнергии питающей сети, но и заданным потреблением электроэнергии электротехническим оборудованием объектов нагрузки, а также их влиянием на качество электроэнергии (гармонические

Передача электроэнергии на расстояние

Весь быт современного человека тесно связан с электроэнергией. От неё работает всё: начиная от зарядных устройств телефонов и заканчивая аппаратами искусственной вентиляции лёгких. Поэтому электроэнергия должна быть легкодоступна в каждом уголке планеты.

Высокое напряжение как способ уменьшения потерь

Реальность такова, что передача электроэнергии на большие расстояния неизбежно сопровождается её потерями. Существенная часть электричества, проходя путь от генератора на электростанции до розетки бытового потребителя, превращается в тепло и расходуется на обогрев атмосферы. Однако это не снижает затрат за производство электроэнергии, поэтому конечному пользователю всё же приходится оплачивать и эти нецелевые расходы.

Уменьшить ненужные потери, соответственно, траты, позволяют следующие способы:

  1. применение высокотемпературных сверхпроводников;
  2. увеличение сечения кабелей и проводов ЛЭП;
  3. повышение напряжения в линиях передачи.

За первым способом будущее. Однако сегодня он технически неосуществим. От второго отказались на первых парах развития электроэнергетики, ведь он экономически нецелесообразен из-за лишних расходов на утолщение проводников. Применение высокого напряжения оказалось наиболее удачным методом, поэтому он используется по всему миру уже порядка ста лет.

Классификация линий электропередач

Существует множество разновидностей ЛЭП. Каждый из видов заточен под свои определённые нужды и задачи. В соответствии с этим, ПУЭ регламентирует следующую классификацию воздушных линий электропередач.

По классу напряжению ЛЭП бывают:

  • низковольтные, до 1 кВ;
  • высоковольтные, свыше 1 кВ.

По назначению:

  • Межсистемные линии с напряжением от 500 кВ и выше;
  • Магистральные, 220-500 кВ;
  • Распределительные, 110-220 кВ;
  • Линии 35 кВ для питания сельхоз потребителей;
  • ЛЭП 1-20 кВ, используемые в пределах одного населённого пункта.

Род электрического тока в ЛЭП подразделяются на:

  • переменный (практически все линии);
  • постоянный ток (встречается редко, в основном 3,3 кВ контактной сети железной дороги).

Способы передачи электроэнергии

Наиболее распространены два способа передачи электроэнергии: с помощью воздушных и кабельных линий. Они отличаются между собой по дальности и среде, в которой находится проводник.

Воздушные линии – это, упрощённо, медные или алюминиевые проводники, подвешенные через изоляторы на металлические или железобетонные опоры. При таком методе возможна передача электричества на большие расстояния и между разными государствами.

Кабельная линия – прокладка проводов под землёй. Отдельные токоведущие жилы расположены, как правило, в резиновой или ПВХ изоляции. Если напряжение высокое, то имеется и броня из металлической ленты. Также она служит в качестве экрана для защиты от помех. Встречается преимущественно в пределах города или предприятия.

Дополнительная информация. Применяя кабельные линии, возможно транспортировать электроэнергию по дну водоёмов и даже морей. Это позволяет поставлять электричество на острова. Применение ЛЭП таких возможностей не подразумевает.

Схема передачи энергии от электростанции до потребителя

Главная электростанция (1) вырабатывает напряжение порядка 10-12 кВ. Затем оно повышается с помощью трансформатора (2) до более высокого уровня: 35, 110, 220, 400, 500 или 1150 кВ. После по кабельной или воздушной линии (3) энергия передаётся на расстояния от единиц до тысяч километров и попадает на понижающую подстанцию. На ней также установлен трансформатор (4), который преобразует сотни киловольт снова в 10-12 тысяч вольт. Далее следует ещё один каскад понижения до 380/220 В (5). Это напряжение является конечным и раздаётся по потребителям (6), т.е. жилым домам, больницам и т.д.

Трансформаторные подстанции

Для преобразования напряжения одной величины в другую служат трансформаторные подстанции. Они представляют собой огороженный забором объект, имеющий на своей территории трансформатор. Внутри него располагаются первичная и вторичная обмотки (катушки). Их электромагнитное взаимодействие позволяет с большим КПД преобразовывать энергию. На подстанцию заходят воздушные линии или кабеля с одним напряжением, а выходят с другим, как правило, более низким.

Там же располагаются всевозможные системы контроля и учёта электроэнергии и распределительное устройство (РУ). Оно предназначено для связи с другими объектами энергосистемы и является неотъемлемой частью трансформаторной подстанции. РУ позволяет отключить отдельного потребителя по стороне низкого напряжения, не обесточивая при этом всех остальных.

Пропускная способность линий электропередач

Напряжение в конце линии неизбежно ниже, чем в её начале. Вольтаж теряется на сопротивлении проводов ЛЭП. Именно эта разница напряжений уходит впустую на обогрев вселенной.

Такая проблема приводит к тому, что невозможно создать линию электропередач бесконечной длины и передать по ней неограниченную мощность. Поэтому введено понятие – пропускная способность ЛЭП. Данная характеристика в первую очередь зависит от длины линии, металла, из которого сделаны её провода и их сечения. Потери в меди менее ощутимы, чем у алюминия. Пропускная способность линии тем выше, чем толще её провода.

Потери электроэнергии

Причины потерь при передаче электрической энергии на расстояние кроются в строении вещества. Электрический ток – это направленное движение по проводнику свободных носителей зарядов. В случае с ЛЭП и кабелями их роль играют электроны. Эти частицы, проходя по сечению провода, неизбежно сталкиваются с окружающими их атомами меди или алюминия и сообщают им часть своей кинетической энергии. Микрочастицы металла за счёт этого удара становятся подвижнее, что и воспринимается органами чувств человека как повышение температуры.

Количество теплоты Q, выделенной в проводнике за время t и потерянной впустую, вычисляется по закону Джоуля – Ленца. Оно пропорционально квадрату протекающего в проводе тока I и его сопротивлению R:

Дополнительная информация. Потери электричества имеются и в трансформаторе. К самым большим из них относятся затраты энергии на создание вихревых токов в сердечнике и нагрев обмоток.

Передача электричества на дальние расстояния

Если передача электрической энергии осуществляется на дистанции в сотни километров, то используют воздушные линии. Их строительство обходится существенно дешевле, в сравнении с кабельными, укладываемыми под землю. ЛЭП способны объединять в общую сеть соседние страны. Помимо этого, они проще в эксплуатации, ведь провода находятся под открытым небом. Этот фактор упрощает осмотр технического состояния линии и позволяет заблаговременно спрогнозировать её неисправности.

Постоянный ток в качестве альтернативы

Большинство из используемых сегодня в мире линий электропередач работает на переменном токе. Однако имеются исключения. В некоторых случаях применение постоянного тока оказывается более эффективным:

  • отпадает необходимость в синхронизации генераторов, работающих в разных энергосистемах;
  • сводятся к нулю потери на ёмкостное и индуктивное сопротивления кабеля;
  • снижается стоимость линии, т.к. для передачи постоянного тока достаточно всего 2 проводников;
  • возможность использования на уже построенных ЛЭП переменного тока, т.е. не нужно возводить новые магистрали;
  • снижение электромагнитного излучения, возникающего при смене направления тока.

Дополнительная информация. Большинство домашних электроприборов может работать от постоянного тока. К ним относятся лампочки, интернет роутеры, дрели, обогреватели и многое другое. Переменный ток необходим только для некоторых видов двигателей, которые в быту встречаются крайне редко.

Умение передавать электрический ток на огромные расстояния послужило решающим фактором для развития всего человечества. Однако индустрия не стоит на месте, поэтому сейчас учёные работают над тем, чтобы сделать транспортировку энергии ещё эффективнее и дешевле.

Видео

Ссылка на основную публикацию