14.6. Электроснабжение

Следует различать электроснабжение страны, отдельного района, предприятия или автономной энергетической единицы (самолета, ко­рабля, поезда и др.). В любом случае электроснабжением называют генерирование, передачу и распределение электрической энергии меж­ду потребителями.

Генерирование электрической энергии создается электрическими станциями. Почти все промышленные электрические станции имеют конечным элементом синхронный генератор трехфазного синусоидаль­ного напряжения. С увеличением единичной мощности генератора по­вышается его КПД, поэтому современные станции имеют генераторы очень большой мощности.

Электрические станции можно классифицировать таким образом:

тепловые;

гидравлические;

атомные;

ветровые электростанции;

гелиоэлектростанции;

геотермальные;

приливные и др.

Более других распространены тепловые станции, которые сжига­ют уголь, торф, газ, нефть и др. На этих станциях вырабатывается элек­трическая энергия с КПД около 40%. Тепловые станции загрязняют воздух вследствие неполного сжигания горючего и недостаточной филь­трации отработанных газов.

Гидравлические станции используют энергию водного потока. На таких станциях вырабатывается значительно более дешевая электри­ческая энергия. Гидроэлектрическая станция большой мощности имеет КПД, приближающийся к 90%. Гидравлические станции нарушают водный баланс рек и также ухудшают экологию.

Атомные электростанции превращают энергию деления атомно­го ядра в электрическую энергию. КПД реактора атомной станции 27...35%. В случае аварии на атомной станции возникает угроза радиа­ционного загрязнения среды.

Эксплуатация любого источника электрической энергии может выз­вать экологические нарушения. Поэтому в развитых странах уделяется большое внимание технологии выработки электрической энергии. При­меняя современную технологию, некоторые страны безопасно выраба­тывают свыше 60% электроэнергии на атомных станциях.

Начинается применение ветровых и гелиоэлектростанций. Неболь­шой мощности электроэнергию выдают геотермальная (на Камчатке) и приливная (на Кольском полуострове) станции.

14.6.1. Синхронные генераторы электрических станций индуциру­ют трехфазную синусоидальную ЭДС величиной 18 кВ. Для уменьше­ния потерь в линиях электропередач на повышающих подстанциях на­пряжение трансформируется до ПО и 330 кВ и подается в Единую Энергетическую Систему. Потери в линиях передач пропорциональны квадрату тока, поэтому электроэнергия транспортируется при повышен­ном напряжении и уменьшенном токе. Линии электропередач бывают: воздушные; кабельные.

Воздушные линии электропередач значительно дешевле кабельных и потому шире применяются.

Обычно электрическая энергия потребляется с напряжением 380 В. Поэтому перед потребителем устанавливаются распределительные пунк­ты и подстанции, понижающие напряжение до 6... 10 кВ и 380... 220 В.

Линии электропередач соединяются с трансформаторами специаль­ными высоковольтными коммутирующими устройствами.

14.6.2. Различают три основные схемы электроснабжения потребителей:

радиальную;

магистральную;

смешанную.

Радиальная схема электроснабжения предусматривает примене­ние трансформаторной подстанции для каждого потребителя. Это очень надежная схема электроснабжения, но требует большого количества подстанций.

Магистральная схема предусматривает лишь несколько подстан­ций, которые включаются в линию электропередачи. К каждой подстан­ции подключается много потребителей. Эта схема сложна в эксплуата­ции и не так надежна, но значительно дешевле.

Смешанная схема предусматривает участки с радиальным и магис­тральным включением. Потребители подключаются дифференцирован­но. Такая схема применяется чаще.

14.6.3. Схема электроснабжения автономной энергетической еди­ницы может быть довольно оригинальной. Особенности электроснаб­жения зависят от функциональных задач исполнительных механизмов, условий эксплуатации, особых требований, касающихся массы, габа­ритов, КПД электрических устройств и т.п. Для примера можно рас­смотреть электроснабжение современного самолета.

Источником механической энергии на борту самолета является авиа­ционный двигатель. Он вращает вал синхронного генератора, который индуцирует электрическую энергию переменного тока с непостоянной частотой (от 400 до 900 Гц). Значительная часть потребителей электро­энергии на борту самолета работает непосредственно от генератора пе­ременной частоты. Однако есть также много потребителей, которые ра­ботают от источника постоянного тока и переменного тока постоянной частоты. Поэтому электрическая энергия от генератора переменной ча­стоты с помощью трансформаторно-выпрямительных блоков преобра­зуется в энергию постоянного тока напряжением 28,5 В. Часть этой энер­гии потребляется устройствами постоянного тока. Другая же ее часть с помощью динамического преобразователя (авиационного двигателя-генератора) превращается в энергию трехфазного переменного тока 120/208 В постоянной частоты 400 Гц. Эта энергия используется для потребителей, работающих от переменного трехфазного или однофаз­ного напряжения постоянной частоты.

Кроме того, на борту самолета есть аккумуляторные батареи, кото­рые обычно являются резервными источниками питания и работают только в аварийном режиме. В обычном режиме аккумуляторные бата­реи включены на бортовую сеть постоянного напряжения 28,5 В. На­пряжение аккумуляторных батарей составляет 24 В, поэтому они рабо­тают в зарядном режиме.