8.7. Основи електропостачання

Основні елементи системи електропостачання

Електроенергія виробляється на електростанціях, які розташовані біля джерел первинної енергії та передається до споживачів, тобто виробництво, передача та споживання електричної енергії – єдиний у часі процес. Система виробництва, передачі та розподілу електроенергії, яка має загальне централізоване технічне керування, називається трифазною енергетичною системою. До її складу входять: генератори електростанцій, розподільчі пристрої, трансформаторні підстанції, лінії електропередачі та споживачі електроенергії. Передача електроенергії здійснюється на великі відстані (сотні кілометрів), тому в лініях електропередачі виникають значні втрати потужності в результаті теплової дії струму, який у них протікає. В одному проводі лінії електропередачі втрати потужності рівні:

, (8.13)

де Р_л – втрати потужності в одному проводі лінії електропередачі, Вт;

r_л – активний опір одного проводу лінії електропередачі, Ом;

I_л – діюче значення сили струму,

який протікає в одному проводі лінії електропередачі, А.

Активний опір проводу лінії дорівнює:

, (8.14)

де  – питомий опір матеріалу,

з якого виготовлений провід лінії, Оммм²/м (Омм);

l – довжина проводу лінії, м;

S – площа поперечного перерізу проводу лінії, мм² (м²).

Діюче значення сили струму, який протікає в одному проводі лінії електропередачі (при cos  = 1), дорівнює:

, (8.15)

де Р – активна потужність однієї фази еквівалентного споживача, Вт;

U – діюче значення фазної напруги еквівалентного споживача, В.

Підставивши (8.14) і (8.15) у (8.13), одержимо:

. (8.16)

З виразу (8.16) випливає, що знизити втрати потужності в проводах лінії електропередачі можна трьома способами:

1. використанням проводів, виготовлених з матеріалу з низьким питомим опором (алюміній, мідь), що приводить до подорожчання лінії;

2. використанням проводів більшого перетину, що приводить до подорожчання лінії;

3. збільшенням напруги – приводить до значного зниження втрат потужності, тому що вони зворотно пропорційні квадрату напруги.

Приклад 8.6

Сільський населений пункт одержує живлення по лінії електропередачі напругою 220 В. У результаті модернізації лінії електропередачі (при незмінності матеріалу і довжини лінії, а також потужності, що передається) вона стала передавати електроенергію на напрузі 380 В.

Визначити в скільки разів знизилися втрати активної потужності в лінії.

Рішення.

1. Визначаємо в скільки разів знизилися втрати активної потужності в лінії на підставі (8.16):

.

Отже, чим більше відстань, на яку передається електроенергія, тим вище повинна бути напруга, на якій вона передається. Тому поблизу електростанцій розташовується підвищуюча високовольтна трансформаторна підстанція, на якій напруга може підніматися до 110 кВ, 220 кВ, 330 кВ, 500 кВ, 750 кВ, 1500 кВ. Після цього електроенергія передається високовольтною лінією електропередачі на зазначених напругах до живильних трансформаторних підстанцій, на яких напруга знижується до 35 кВ, після чого електроенергія передається до районних трансформаторних підстанцій, де напруга знижується до 10 кВ. Від районних трансформаторних підстанцій електроенергія передається до споживчих трансформаторних підстанцій, на яких напруга знижується до 0,4 кВ, після чого електроенергія низьковольтною лінією електропередачі надходить до споживачів.

Однолінійна схема трифазної енергосистеми в складі: генератор – підвищуюча трансформаторна підстанція – високовольтна лінія електропередачі – районна трансформаторна підстанція – високовольтна лінія 10 кВ – споживча трансформаторна підстанція – лінія електропередачі 0,4 кВ – споживачі електричної енергії (двигун М, нагрівальна установка НУ, освітлювальна установка ОУ), представлена на рис.8.10.

Для з'єднання внутрішньої проводки з зовнішньою лінією електропередачі використовують повітряне введення, яке представляє собою відгалуження від лінії електропередачі низької напруги. Виконується голим проводом і підходить до стіни, де закріплюється за допомогою ізоляторів. Від повітряного введення крізь стіну усередину приміщення прокладається введення з ізольованого проводу. Усередині приміщення в місці уведення встановлюють розподільчий щит, до якого підключають внутрішню електропроводку. Цей щит містить апаратуру захисту, лічильники електроенергії та інше.

Усередині приміщень електричну проводку виконують ізольованими проводами в закритому вигляді (під штукатуркою, у спеціальних трубах та інше). Перетини проводів вибираються з умови припустимого нагрівання робочим струмом.