- •Б. И. Огорелков, а. П. Попов
- •1 Основные понятия и определения
- •1.1 Общие сведения
- •1.2 Резистивные элементы
- •1.3 Индуктивный и емкостный элементы
- •1.4 Источники постоянного напряжения
- •2 Электрические цепи постоянного тока
- •2.1 Общие сведения
- •2.2 Законы Кирхгофа
- •2.3 Распределение потенциала вдоль электрической цепи
- •2.4 Последовательное и параллельное соединения
- •2.4.2 Параллельное соединение
- •2.5 Соединение резисторов треугольником и звездой
- •2.6 Электрическая энергия и мощность
- •2.7 Номинальные величины источников и приемников.
- •2.8 Нелинейные электрические цепи постоянного тока
- •2.9 Магнитные цепи
- •3 Линейные однофазные электрические цепи синусоидального тока
- •3.1 Основные величины, характеризующие синусоидальные ток, напряжение и эдс
- •3.2 Элементы электрических цепей синусоидального тока
- •3.3 Расчет неразветвленной электрической цепи
- •3.4 Мощность в линейных цепях синусоидального тока
- •3.5 Переходные процессы в электрических цепях
- •4 Трехфазные линейные электрические цепи синусоидального тока
- •4.1 Трехфазный источник электрической энергии
- •4.2 Анализ электрических цепей при соединении трехфазного источника и приемника по схеме «звезда» с нулевым проводом
- •4.3 Соединение приемника по схеме «треугольник»
- •4.4 Мощность трехфазной цепи
- •4.4.1 Трехфазная электрическая цепь с симметричным приемником
- •5 Электромагнитные устройства
- •5.1 Выключатели, кнопки и клавиши
- •5.2 Электрические контакты
- •5.3 Электромагниты
- •5.4 Контакторы
- •5.5 Электромагнитные реле
- •6 Трансформаторы
- •6.1 Общие сведения
- •6.2 Принцип действия трансформатора
- •6.3 Работа трансформатора в режиме холостого хода
- •6.4 Опыт короткого замыкания
- •6.5 Мощность потерь в трансформаторе
- •6.6 Автотрансформаторы
- •7 Электрические машины
- •7.1 Общие сведения
- •7.2 Вращающееся магнитное поле
- •7.3 Асинхронные машины
- •7.3.4 Контакторное управление асинхронными
- •7.4 Синхронные машины
- •8 Электроника
- •8.1 Общие сведения
- •8.2 Полупроводниковые диоды
- •8.2.1 Полупроводниковые фотоэлектрические приборы
- •8.2.2 Транзисторы
- •8.2.3 Оптоэлектронные приборы
- •8.2.4 Тиристоры
- •8.3 Выпрямители на полупроводниковых диодах
- •8.3.1 Однополупериодное выпрямление
- •8.3.2 Двухполупериодное выпрямление
- •8.3.3 Трехфазные выпрямители
- •8.3.4 Управляемые выпрямители
- •8.3.5 Стабилизаторы напряжения
- •8.4 Усилители на транзисторах
- •8.4.1 Операционные усилители
- •9 Электрические измерения и приборы
- •9.1 Системы электрических измерительных приборов
- •9.2 Основные характеристики электрических измерительных приборов
- •9.3 Измерение тока, напряжения и мощности
- •9.3.2 Трансформатор тока (тт)
- •9.3.5 Электроннолучевые осциллографы
- •9.3.6 Цифровые измерительные приборы (цип)
- •9.3.7 Технические характеристики цип
- •9.3.8 Цифровые вольтметры.
- •9.3.9 Использование цип для измерения переменных напряжений
- •10 Частотно-регулируемый электропривод
- •10.1 Методы частотного регулирования
- •10.2 Краткие сведения о преобразователях частоты
- •10.3 Принцип действия однофазного пч
- •11 Электрооборудование
- •11.1 Трансформаторные подстанции и распределительные
- •11.2 Релейная защита и защита от атмосферных перенапряжений
- •12 Электротехнология
- •12.1 Электротермия
- •12.2 Электрохимия
- •12.3 Электронно-ионная технология
- •12.3.1 Общие сведения
- •13 Системы электроснабжения
- •13.1 Общие сведения об электроснабжении
- •14 Электробезопасность
- •14.1 Общие сведения
- •14.2 Защитное заземление
- •14.3 Зануление
- •14.4 Конструкция заземлителя
- •Библиографический список
- •Оглавление
13 Системы электроснабжения
13.1 Общие сведения об электроснабжении
Отдельные электростанции (ЭС) связаны линиями электропередачи (ЛЭП), работают на общую сеть, образуя энергетические системы (Мосэнерго, Ленэнерго, Оренбургэнерго и т.д.), которые совместно снабжают электроэнергией потребителей.
Объединение ЭС в энергосистемы удешевляет электрическую энергию (ЭЭ) и обеспечивает бесперебойность электроснабжения потребителей, т.к. выработка ЭЭ, ее передача потребителям (электроприемникам) и расходование происходят одновременно и выработанную ЭЭ нельзя запасти на складах.
Значит, ЭС должны иметь достаточный резерв мощности, чтобы в любое время удовлетворить спрос потребителей, который резко изменяется не только в течение суток, но и в разные времена года.
Зимой темнеет раньше, чем летом, поэтому лампы включают раньше и горят они дольше.
В сельском хозяйстве ЭЭ в больших количествах нужна именно летом во время полевых работ. Наконец, на востоке светлеет и темнеет раньше, чем на западе, следовательно, максимальные нагрузки восточных и западных ЭС не совпадают. При совместной работе ЭС помогают друг другу, загружаются более равномерно и их КПД выше.
На ЭС, работающих изолированно от энергосистемы, нельзя применять агрегаты большой мощности, т.к. выход из строя одного из них сразу же парализует работу многих предприятий, лишает целые районы света, грозит остановкой электротранспорта, водопровода и т.д.
В энергосистемах нет причин отказываться от агрегатов большой мощности, т.к. нагрузку вышедшего из строя агрегата подхватывают другие. Агрегаты большой мощности перегружаются незначительно и намного экономичнее.
На пути от ЭС к потребителям электроэнергия претерпевает изменения – она трансформируется с одного уровня напряжения на другой. Пример трансформации для небольшого участка энергосистемы показан на рисунке 13.1.
Сначала напряжение, например, 10500 В, получаемое от генератора 1 ЭС, повышается трансформатором 2, и при напряжении 110000 В идет передача ЭЭ по ЛЭП 3 на расстояние 100... 150 км. Затем на районной подстанции трансформатором 4 напряжение снижается до 10500 В и по подземному кабелю 5 поступает на трансформаторную подстанцию, находящуюся в непосредственной близости от потребителей. На этой подстанции трансформатор 6 понижает напряжение до уровня 220.. .380 В.
Каждому напряжению соответствуют определенные способы выполнения электропроводки, т.к. чем выше напряжение, тем труднее изолировать провода.
Например, в квартирах, где напряжение не выше 220 В, проводку выполняют в резиновой или пластмассовой изоляции. Эти провода просты по устройству и дешевле. Дороже и сложнее устроен кабель, проложенный между трансформаторами 4 и 6 (рис. 13.1).
Рис. 13.1. Участок энергосистемы: ЭС – ЛЭП – потребитель: 1– генератор ЭС;
2 – повышающий трансформатор; 3 – линия электропередачи; 4 – понижающий трансформатор; 5 - подземный кабель; 6 – трансформаторная подстанция потребителя
На рисунке 12.2 изображены опоры для воздушных ЛЭП напряжениями 500, 220, 110, 35, и 10 кВ. Они приведены в одном масштабе. Из рисунка видно, как увеличиваются размеры и усложняются конструкции с ростом напряжения.
Опора ЛЭП-500 кВ имеет высоту семиэтажного дома. Высота подвеса проводов 27 м, расстояние между проводами 10,5 м, длина гирлянды изоляторов более 5 м. Высота опор через реки достигает 70 м. Но 500 кВ – это не предел.
Сложно и дорого оборудование высоковольтных подстанций. Высота выключателя около 10 м, масса примерно 10 т, и для его работы нужно давление 2000 кПа (1 атм ≈ 100 кПа).
Очевидно, что на повышение напряжения, связанное с огромными затратами средств, идут в силу острой необходимости уменьшения потерь электроэнергии в ЛЭП.
Рис. 13.2. Опоры воздушных ЛЭП разных напряжений
Действительно, из-за того, что провода ЛЭП имеют резистивное сопротивление Rл, ток их нагревает. А так как эта теплота рассеивается и не может быть использована, энергия, затрачиваемая на нагревание, представляет собой потери.
Эффективным способом снижения потерь в ЛЭП является снижение силы тока I, т.к. мощность потерь Рп при этом резко снижается в соответствии с формулой:
(13.1)
а чтобы передаваемая мощность, равная
осталась неизменной, необходимо одновременно со снижением силы тока повышать напряжение U линии.
Например, если ток снизить в 100 раз, то напряжение необходимо повысить также в 100 раз. При этом потери снизятся в соответствии с (13.1) в десять тысяч раз.