1 Общие сведения об энергетике

1.1 Основные определения

Производство, распределение и потребление электрической энергии ведется на переменном токе в связи с простотой его преобразования на требуемые значения напряжения. Для транспортировки на большие расстояния напряжение повышают, ток пропорционально снижается, что приводит к снижению сопротивления проводов линии электропередач, приведенного к стороне низкого напряжения трансформатора, пропорционально квадрату повышения напряжения. Обычно предельное расстояние транспортировки в километрах равно напряжению в киловольтах.

В странах, бывшего СССР, выбрана частота 50 Гц, а в США и ряде других стран – 60 Гц. Применение большей частоты позволяет уменьшить размеры электрических машин, но ухудшает условия передачи энергии на большие расстояния (большее сопротивление линий x=ωL и емкостные токи заряда линии, проявление волновых свойств линий).

Однофазный ток применяется только для бытовых нужд, т.к. позволяет создавать только пульсирующее магнитное поле. Вращающееся магнитное поле, необходимо для создания простых и дешевых асинхронных электродвигателей, можно получить с помощью двух- и трехфазного тока (в общем случае n-фазного – Т.Эдисон). Применение трехфазного тока объясняется большей экономичностью сетей и установок вследствие того, что суммарный ток фаз, протекающий в нулевом (общем) проводе, близок к нулю (Доливо-Добровольский), вследствие чего нулевой провод обычно не прокладывают.

В тех случаях, когда необходимо применение постоянного тока (электротранспорт, электропечи, установки электролиза), его получают выпрямлением переменного. Постоянный ток также используется при передаче электроэнергии на сверхдальние расстояния и для вставок постоянного тока при соединении энергосистем, работающих с различной частотой.

Одним из основных параметров электрооборудования является номинальное напряжение – это то напряжение, при котором обеспечиваются оптимальные характеристики оборудования – срок эксплуатации, стоимость, частота ремонтов и т.д. Для обеспечения возможности соединения оборудования между собой стандартизированы ступенчатые значения номинальных напряжений (табл.1.1).

Таблица 1.1 - Номинальные междуфазные напряжения установок электрических сетей, кВ

Сети и приемники	Источники (кратность 1.05)	Наибольшее рабочее напряжение (кратность)
6	6.3	7.2 (1.2)
10	10.5	12 (1.2)
20	21	24 (1.2)
35	36.75	40.5 (1.15)
110	115	126 (1.15)
220	230	252 (1.15)
330	347	363 (1.15)
500	525	525 (1.05)
750	787	787 (1.05)
1150	1200	1200 (1.05)

Н

Heat-electric plant

оминальные напряжения для генераторов и синхронных компенсаторов: 6.3, 10.5, 13.8, 15.75, 18, 20, 24 кВ.

Picture 1.1 - Schematic circuit of the electrical power system

На рис.1.1 изображена часть мощной энергосистемы, основу которой составляют крупные электростанции (КЭС, ТЭЦ, ГЭС). Электростанции – это предприятия, предназначенные для производства электроэнергии.

Межсистемные связи выполнены на напряжении 500 кВ и выше. Распределение напряжения внутри энергосистемы производится на 220 – 35 кВ. Местные распределительные сети выполнены на 6 – 10 кВ, которые подводят электричество к конечному потребителю.

Подстанции – электроустановки для преобразования и распределения электроэнергии. Делятся на:

• узловые подстанции (s/st A and B), имеющие автотрансформаторы и являющиеся мощными коммутационными узлами энергосистемы;

• транзитные (проходные) подстанции, которые включаются в рассечку одной или двух линий (s/st E and H);

• ответвительные подстанции присоединяются глухой отпайкой к одной или двум проходящим линиям (s/st F);

• тупиковые – получающие электроэнергию по одной или двум подходящим линиям (s/st D).

По назначению подстанции делятся на системные и потребительские. Системные подстанции осуществляют связь отдельных районов энергосистемы или различных энергосистем (s/st A and B). Потребительские - (s/st E, F, H and J) – предназначены для распределения энергии конечным потребителям.

Объединение ЭС на параллельную работу, создание и укрупнение энергосистем имеет ряд технико-экономических преимуществ:

1. Увеличивает общую надежность. При аварии и отключении одной из станций ее нагрузка перераспределяется между другими. Нет необходимости устанавливать резервные агрегаты на одной станции. С ростом энергосистемы снижается суммарный резерв мощности в энергосистеме, который должен составлять 10-15% общей мощности.

2. Позволяет строить ЭС с агрегатами бОльшей единичной мощности, что ускоряет темпы развития энергетики, увеличивает экономичность оборудования.

3. Улучшает качество электроэнергии – колебания напряжения и частоты происходит в более узких пределах, так как колебания нагрузки воспринимаются большим числом агрегатов.

4. Снижает затраты на производство и распределение электрической энергии в целом за счет более рационального распределения нагрузки между электростанциями различных типов и разной экономичности.