8.7. Основы электроснабжения

Основные элементы системы электроснабжения

Электроэнергия вырабатывается на электростанциях, которые расположены у источников первичной энергии и передаётся к потребителям, то есть производство, передача и потребление электрической энергии – единый во времени процесс. Система производства, передачи и распределения электроэнергии, которая имеет общее централизованное техническое управление, называется трёхфазной энергетической системой. В её состав входят: генераторы электростанций, распределительные устройства, трансформаторные подстанции, линии электропередачи и потребители электроэнергии. Передача электроэнергии осуществляется на большие расстояния (сотни километров), поэтому в линиях электропередачи возникают значительные потери мощности в результате теплового действия тока, который в них протекает. В одном проводе линии электропередачи потери мощности равны:

, (8.13)

где Р_л – потери мощности в одном проводе линии электропередачи, Вт;

r_л – активное сопротивление одного провода линии электропередачи, Ом;

I_л – действующее значение силы тока,

протекающего в одном проводе линии электропередачи, А.

Активное сопротивление провода линии равно:

, (8.14)

где  – удельное сопротивление материала,

из которого изготовлен провод линии, Оммм²/м (Омм);

l – длина провода линии, м;

S – площадь поперечного сечения провода линии, мм² (м²).

Действующее значение силы тока, протекающего в одном проводе линии электропередачи (при cos  = 1), равна:

, (8.15)

где Р – активная мощность одной фазы эквивалентного потребителя, Вт;

U – действующее значение фазного напряжения

эквивалентного потребителя, В.

Подставив (8.14) и (8.15) в (8.13), получим:

. (8.16)

Из выражения (8.16) следует, что снизить потери мощности в проводах линии электропередачи можно тремя способами:

1. применением проводов, изготовленных из материала с низким удельным сопротивлением (алюминий, медь), что приводит к удорожанию линии;

2. применением проводов большего сечения, что приводит к удорожанию линии;

3. увеличением напряжения – приводит к значительному снижению потерь мощности, так как они обратно пропорциональны квадрату напряжения.

Пример 8.6

Сельский населённый пункт получает питание по линии электропередачи напряжением 220 В. В результате модернизации линии электропередачи (при неизменности материала и длины линии, а также передаваемой мощности) она стала передавать электроэнергию на напряжении 380 В.

Определить во сколько раз снизились потери активной мощности в линии.

Решение.

1. Определяем во сколько раз снизились потери активной мощности в линии на основании (8.16):

.

Следовательно, чем больше расстояние, на которое передаётся электроэнергия, тем выше должно быть напряжение, на котором она передаётся. Поэтому вблизи электростанций располагается повышающая высоковольтная трансформаторная подстанция, на которой напряжение может подниматься до 110 кВ, 220 кВ, 330 кВ, 500 кВ, 750 кВ, 1500 кВ. После этого электроэнергия передаётся по высоковольтной линии электропередачи на указанных напряжениях к питающим трансформаторным подстанциям, на которых напряжение понижается до 35 кВ, после чего электроэнергия передаётся к районным трансформаторным подстанциям, где напряжение понижается до 10 кВ. От районных трансформаторных подстанций электроэнергия передаётся к потребительским трансформаторным подстанциям, на которых напряжение понижается до 0,4 кВ, после чего электроэнергия по низковольтной линии электропередачи поступает к потребителям.

Однолинейная схема трёхфазной энергосистемы в составе: генератор – повышающая трансформаторная подстанция – высоковольтная линия электропередачи – районная трансформаторная подстанция – высоковольтная линия 10 кВ – потребительская трансформаторная подстанция – линия электропередачи 0,4 кВ – потребители электрической энергии (двигатель М, нагревательная установка НУ, осветительная установка ОУ), представлена на рис.8.10.

Для соединения внутренней проводки с наружной линией электропередачи используют воздушный ввод, представляющий собой ответветвление от линии электропередачи низкого напряжения. Выполняется голым проводом и подходит к стене, где закрепляется с помощью изоляторов. От воздушного ввода сквозь стену внутрь помещения прокладывается ввод из изолированного провода. Внутри помещения в месте ввода устанавливают распределительный щит, к которому подключают внутреннюю электропроводку. Этот щит содержит аппаратуру защиты, счётчики электроэнергии и другое.

Внутри помещений электрическую проводку выполняют изолированными проводами в закрытом виде (под штукатуркой, в специальных трубах и других). Сечения проводов выбираются из условия допустимого нагрева рабочим током.