Передача электроэнергии на большие расстояния

Размещено на http://www.allbest.ru/

Передача электроэнергии на большие расстояния

Содержание

• Введение
• 1. Передача и распределение электрической энергии
• 1.1 Передача электроэнергии постоянным током
• 1.2 Энергосистемы
• 2. Устройство электрической сети
• 3. Трехфазная система переменного тока
• 4. Классификация электрических сетей
• 4.1 Назначение электрических сетей
• 4.2 Преимущества объединения энергосистем в Единую энергосистему
• Литература

Введение

Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места её потребления, прежде всего в крупные промышленные центры страны, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Но электроэнергию недостаточно передать. Её необходимо распределить среди множества разнообразных потребителей - промышленных предприятий, транспорта, жилых зданий и т.д.

Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500кВт и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи и получается большая экономия материалов за счёт сокращения сечений проводов. Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится повышать и понижать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитных устройств, называемых трансформаторами.

Трансформатор не является электрической машиной, т.к. его работа не связана с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот; он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Повышение напряжения осуществляется при помощи повышающих трансформаторов на электростанциях, а понижение - при помощи понижающих трансформаторов на подстанциях у потребителей.

Промежуточным звеном для передачи электроэнергии от трансформаторных подстанций к приёмникам электроэнергии являются электрические сети.

Рис. 1. Передача и распределение электрической энергии

• 
• 1. Передача и распределение электрической энергии
• Электроэнергетической системой называется электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса производства, передачи и потребления электроэнергии.
• Электроэнергетической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных ЛЭП.
• Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии.
• Распределительным устройством называется электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, измерительные приборы и др.
• Воздушная ЛЭП - устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным с помощью изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях.
• Главный путь уменьшения потерь мощности в проводах ЛЭП -- это повышение напряжения в линии передачи. Причем чем длиннее линия электропередачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение.
• Так, например, в городах электроэнергию при напряжении 220 В передают на расстояние не более 200 м, а при напряжении 6 кВ -- на расстояние до 5 км. В высоковольтной ЛЭП Волжская ГЭС -- Москва используют напряжение 500 кВ.
• Между тем генераторы, устанавливаемые на электростанциях, рассчитаны на напряжение, не превышающее 16-20 кВ. Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генератора.
• Поэтому при передаче энергии от мощных электростанций электрический ток по шинам поступает на трансформаторные повышающие подстанции. Они состоят из силовых трансформаторов, располагаемых обычно на открытом воздухе недалеко от генераторов, распределительного устройства и щита управления. После повышения напряжения на подстанции до 35, 110, 220, 500, 750 кВ энергия направляется в район потребителя на понижающие подстанции, где напряжение понижается до 6-10 кВ.
• Высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП) -- это в основном "воздушные" линии. Их делают из голых алюминиевых, сталеалюминиевых или медных проводов, укрепленных на гирляндах изоляторов, которые подвешиваются на металлических и железобетонных опорах. Расстояние между проводами выбирается с таким расчетом, чтобы была исключена возможность пробоя воздушного промежутка между проводами при раскачивании их ветром. По вершинам опор прокладываются заземленные стальные оцинкованные тросы. Они предназначены для предохранения линии от атмосферного электричества. Трос, расположенный над проводами, воспринимает на себя атмосферные электрические разряды и отводит электрические заряды в землю.
• С понижающих подстанций по сети с напряжением 6-10 кВ энергия частично направляется к высоковольтным потребителям, частично на понижающие подстанции, где напряжение понижается до 220-380 В. Далее по сети с напряжением 220 и 380 В она подводится к потребителям.
• На рисунке 2 представлена одна из возможных схем передачи и распределения электроэнергии от двух соединенных между собой электростанций (А и Б). Схема показана однолинейной, т. е. все три фазы линии передачи изображены одной линией. Часто понижение напряжения происходит в несколько этапов. На каждом этапе напряжение становится меньше, а охватываемая электрической сетью территория -- шире.
• Рис. 2
• При очень высоком напряжении между проводами начинается коронный разряд, приводящий к потерям энергии. Потери энергии на разряд могут превысить потери на нагревание. Кроме того, при высоком напряжении резко возрастают требования к изолирующим приспособлениям ЛЭП, что усложняет и удорожает ее. Все это сдерживает строительство ЛЭП
• 1.1 Передача электроэнергии постоянным током
• Наиболее перспективным способом передачи электроэнергии на дальние расстояния является использование постоянного тока. Линии электропередачи постоянного тока позволяют передавать по тем же проводам большую энергию, так как постоянное напряжение между проводами можно сделать равным допустимому амплитудному напряжению линии переменного тока. Кроме того, при передаче электроэнергии постоянным током исчезают затруднения, связанные с индуктивным сопротивлением и емкостью линии. Это особенно существенно при передаче электроэнергии на большие расстояния.
• При передаче электроэнергии постоянным током вырабатываемое генераторами электростанции переменное напряжение предварительно повышают с помощью трансформаторов, а затем с помощью выпрямителей преобразуют в постоянное напряжение. В конце линии электропередачи постоянное напряжение снова преобразуют в переменное с помощью устройств, называемых инверторами, после чего с помощью трансформаторов его понижают до нужного значения. Трудности, связанные с преобразованием постоянного тока в переменный и обратно, успешно преодолеваются.
• 1.2 Энергосистемы
• Электрические станции ряда районов страны объединены высоковольтными линиями передач, образуя общую электрическую сеть, к которой присоединены потребители. Такое объединение, называемое энергосистемой, дает возможность сгладить "пиковые" нагрузки потребления энергии в утренние и вечерние часы. Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям вне зависимости от места их расположения. Сейчас почти вся территория России обеспечивается электроэнергией объединенными энергетическими системами.
• 
• 2. Устройство электрической сети
• Электростанции России объединены в федеральную энергосистему, являющуюся источником электрической энергии для всех ее потребителей. Передача и распределение электроэнергии осуществляется с помощью воздушных линий электропередачи, пересекающих всю страну. Для уменьшения потерь при передаче электроэнергии в линиях электропередач применяется очень высокое напряжение - десятки и (чаще) сотни киловольт.
• В силу своей экономичности при передаче энергии применяется изобретенная русским инженером М.О. Доливо-Добровольским трехфазная система переменного тока, при которой электроэнергия передается с помощью четырех проводов. Три из этих проводов называются линейными или фазными, а четвертый - нейтральным проводом или просто нейтралью.
• Потребители электроэнергии рассчитаны на более низкие напряжения, чем напряжение в энергосистеме. Понижение напряжения производится в два этапа. Сначала на понижающей подстанции, являющейся частью энергосистемы, напряжение понижается до 6-10 кВ (киловольт). Дальнейшее понижение напряжение производится на трансформаторных подстанциях. Их знакомые всем стандартные "трансформаторные будки" во множестве разбросаны по предприятиям и жилым массивам. После трансформаторной подстанции напряжение понижается до 220-380 В.
• Напряжение между линейными проводами трехфазной системы переменного тока называется линейным. Номинальное действующее значение линейного напряжения в России равно 380 В (вольт). Напряжение между нейтралью и любым из линейных проводов называется фазным. Оно в корень из трех раз меньше линейного. Его номинальное значение в России равно 220 В.
• Источником тока для энергосистемы являются трехфазные генераторы переменного тока, установленные на электростанциях. Каждая из обмоток генератора индуцирует линейное напряжение. Обмотки симметрично расположены по окружности генератора. Соответственно и линейные напряжения сдвинуты друг относительно друга по фазе. Этот фазовый сдвиг постоянен и равен 120 градусам.
• 
• 3. Трехфазная система переменного тока
• После трансформаторной подстанции напряжение через распределительные щитки или (на предприятиях) распределительные пункты поступает к потребителям. электрический энергия ток трехфазный
• Некоторые потребители (электродвигатели, промышленное оборудование, большие ЭВМ и мощное коммуникационное оборудование) рассчитаны на непосредственное подключение к трехфазной электрической сети. К ним подводятся четыре провода (не считая защитного заземления).
• Маломощные потребители (персональные компьютеры, бытовые приборы, офисная техника и т.д.) рассчитаны на однофазную электрическую сеть. К ним подводят два провода (не считая защитного заземления). В подавляющем числе случаев один из этих проводов - линейный, а другой - нейтральный. Напряжение между ними по стандарту равно 220 В.
• Приведенные выше действующие значения напряжения не исчерпывают полностью параметры электрической сети. Переменный электрический ток характеризуется также частотой. Номинальное стандартное значение частоты в России равно 50 Гц (Герц).
• Реальные значения напряжения и частоты электрической сети конечно могут отличаться от номинальных значений.
• К сети постоянно подключаются новые потребители электроэнергии (ток или нагрузка в сети увеличивается) или отключаются какие-либо потребители (в результате ток или нагрузка сети уменьшается). При увеличении нагрузки напряжение в сети падает, а при уменьшении нагрузки напряжение в сети возрастает.
• Для уменьшения влияния изменения нагрузки на напряжение, на понижающих подстанциях существует автоматическая система регулирования напряжения. Она предназначена для поддержания постоянного (в определенных пределах и с определенной точностью) напряжения при изменении нагрузки в сети. Регулирование осуществляется за счет перекоммутации обмоток мощных понижающих трансформаторов.
• Частота переменного тока задается частотой вращения генераторов на электростанциях. При увеличении нагрузки частота стремится слегка уменьшиться, система регулирования электростанции увеличивает расход рабочего тела через турбину, и частота вращения генератора восстанавливается.
• 
• 4. Классификация электрических сетей
• Электрические сети осуществляют передачу, распределение и преобразование электроэнергии в соответствии с возможностями источников и требованиями потребителей.
• Электрические сети принято классифицировать по назначению (области применения), масштабным признакам, и по роду тока.

Назначение, область применения:

- Сети общего назначения: электроснабжение бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и транспортных потребителей.

- Сети автономного электроснабжения: электроснабжение мобильных и автономных объектов (транспортные средства, суда, самолёты, космические аппараты, автономные станции, роботы и т. п.).

- Сети технологических объектов: электроснабжение производственных объектов и других инженерных сетей.

- Контактная сеть: специальная сеть, служащая для передачи электроэнергии на движущиеся вдоль неё транспортные средства (локомотив, трамвай, троллейбус, метро).

Масштабные признаки, размеры сети:

- Магистральные сети: сети, связывающие отдельные регионы, страны и их крупнейшие источники и центры потребления. Характерны сверхвысоким и высоким уровнем напряжения и большими потоками мощности (гигаватты).

- Региональные сети: сети масштаба региона (в России - уровня субъектов Федерации). Имеют питание от магистральных сетей и собственных региональных источников питания, обслуживают крупных потребителей (город, район, предприятие, месторождение, транспортный терминал). Характерны высоким и средним уровнем напряжения и большими потоками мощности (сотни мегаватт, гигаватты).

- Районные сети, распределительные сети. Имеют питание от региональных сетей. Обычно не имеют собственных источников питания, обслуживают средних и мелких потребителей (внутриквартальные и поселковые сети, предприятия, небольшие месторождения, транспортные узлы). Характерны средним и низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (мегаватты).

- Внутренние сети: распределяют электроэнергию на небольшом пространстве -- в рамках района города, села, квартала, завода. Зачастую имеют всего 1 или 2 точки питания от внешней сети. При этом иногда имеют собственный резервный источник питания. Характерны низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (сотни киловатт, мегаватты).

- Электропроводка: сети самого нижнего уровня -- отдельного здания, цеха, помещения. Зачастую рассматриваются совместно с внутренними сетями. Характерны низким и бытовым уровнем напряжения и маленькими потоками мощности (десятки и сотни киловатт).

Род тока:

- Переменный трёхфазный ток: большинство сетей высших, средних и низких классов напряжений, магистральные, региональные и распределительные сети. Переменный электрический ток передаётся по трём проводам таким образом, что фаза переменного тока в каждом из них смещена относительно других на 120°. Каждый провод и переменный ток в нём называются "фазой". Каждая "фаза" имеет определённое напряжение относительно земли, которая выступает в роли четвёртого проводника.

- Переменный однофазный ток: большинство сетей бытовой электропроводки, оконечных сетей потребителей. Переменный ток передаётся к потребителю от распределительного щита или подстанции по двум проводам (т. н. "фаза" и "ноль"). Потенциал "нуля" совпадает с потенциалом земли, однако конструктивно "ноль" отличается от провода заземления.

- Постоянный ток: большинство контактных сетей, некоторые сети автономного электроснабжения, а также ряд специальных сетей сверхвысокого и ультравысокого напряжения, имеющих пока ограниченное распространение.

По выполняемым функциям различают системообразующие, питающие и распределительные сети.

- Системообразующие сети напряжением 330-1150 кВ осуществляют функции формирования объединенных энергосистем, объединяя мощные электростанции и обеспечивая их функционирование как единого объекта управления, и одновременно обеспечивают передачу электроэнергии от мощных электростанций. Системообразующие сети осуществляют системные связи, т.е. связи большой протяженности в энергосистемах. Режимом системообразующих сетей управляет диспетчер объединенного диспетчерского управления (ОДУ). Сети напряжением 330-1150 кВ, связывающие энергосистемы, называют межсистемными.

- Питающие (районные) сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети и частично от шин 110-220 кВ электростанций к центрам питания (ЦП) распределительных сетей - районным подстанциям. Питающие сети обычно замкнутые.

- Распределительные (местные) сети предназначены для передачи электроэнергии на небольшие расстояния от шин низшего напряжения районных подстанций к промышленным, городским, сельским потребителям. Такие сети обычно работают в разомкнутом режиме. Различают распределительные сети напряжением выше 1 кВ (Uном > 1 кВ) и ниже 1 кВ (Uном < l кВ). По характеру потребителей распределительные сети подразделяются на промышленные, городские и сети сельскохозяйственного назначения.

• 4.1 Назначение электрических сетей
• Электрическая энергия на промышленные предприятия передается из энергосистемы по электрической сети. Для передачи электроэнергии по электросети от электрических станций к электроприемникам, необходимы специальные сооружение, которые называются ЛЭП (линии электропередач).
• На опоре ЛЭП электросети монтируют кабели, провода и изоляторы, которые и представляют из себя так называемые линии электропередач. Из этого следует, что ЛЭП делится на воздушные линии электропередач, на которых подвешен провод электросети и кабельные линии электропередач.
• Электрическая сеть - это набор электрических установок для передачи и распределения электрической энергии на заданной географической площади, которая состоит из подстанций, линий электропередач и распредустройств.
• Электрические сети низкого напряжения на предприятиях служат для распределения электрической энергии к электроприемникам при напряжении до 1 000 В. Они делятся на внешние и внутренние (цеховые).
• На сегодняшний момент подача электрической энергии к электрическим приемникам, как правило происходит по внутрицеховым электросетям, т.к. основные ТП расположены в цехе завода или расположены в специальном здании, расположенным около цеха.
• Наружные электрические сети используются для приема электроэнергии близкорасположенных зданий от внутрицеховых подстанций, где находятся электрические приемники маленькой суммарной мощности, для них строительство ТП не выгодно по технико-экономическим показателям. Такая схема электроснабжения распространенна в небольших городах и селах.
• Электрические сети U=до 1000 В отличаются по типу используемых передающих устройств, а так же методам изоляции этих проводников, которые в свою очередь делятся на голые (неизолированные) и изолированные проводники, а так же конструктивному исполнению. Конструктивное отличие электрических проводников электросети является разделение на провода, кабели и шины.
• Токопроводы, которые относятся к голым проводникам, на ряду с проводами воздушных линий, изготавливают на подобие самостоятельных шинопроводов, смонтированных на изоляторах и выглядят как комплектные шинопроводы. Шинопроводаы делятся по своим техническим характеристикам на магистральные, распределительные, осветительные, троллейные.
• Кабельные линии бывают:

- открытыми, такая прокладка происходит по воздуху, как правило по фасадам зданий и сооружений, по эстакадам.

- скрытыми, такая прокладка кабелей монтируется в полах, трубах, в земле.

- прокладка в кабельных сооружениях говорит сама за себя, монтаж происходит в кабельных каналах, тоннелях.

• 4.2 Преимущества объединения энергосистем в Единую энергосистему
• Общее стремление к объединению энергосистем вызвано большим преимуществом крупных систем по сравнению с энергообъединениями, состоящими из отдельно работающих электростанций и подключенных к ним потребителей.

1. Объединение в Единую энергосистему (ЕЭС) позволяет уменьшить суммарную установленную мощность электростанций объединенных энергосистем (ОЭС) за счет долготного и широтного эффектов. При долготном эффекте суточные максимумы нагрузок ОЭС разнесены во времени на 1- 6 часов, и в утренние часы мощность может передаваться с запада на восток, а в вечерние часы - с востока на запад. При широтном эффекте длительность сезонных максимумов нагрузок северных ОЭС больше, чем южных, в связи с этим мощность может передаваться с юга на север. В обоих случаях взаимопомощь между ОЭС позволяет иметь в каждой из ОЭС меньшую резервную мощность электростанций.

2. Более полно используются энергетические ресурсы, т.к. пиковую часть графика нагрузки энергосистемы можно покрывать гидравлическими электростанциями, а базовую часть - тепловыми, на увеличение мощности которых в часы максимума нагрузки приходится затрачивать дополнительное топливо.

3. Повышается экономичность выработки электроэнергии, т.к. в первую очередь можно увеличить мощность более экономичных станций, имеющих меньший расход условного топлива на выработку 1кВт.ч электроэнергии.

4. Позволяет увеличить единичную мощность агрегатов, имеющих лучшие технико-экономические показатели.

5. Повышается надежность электроснабжения потребителей за счет резервирования и автоматики.

6. Позволяет повысить маневренность в энергосистемах и осуществлять взаимопомощь между ОЭС при авариях, при проведении плановых ремонтов, при маловодных годах на ГЭС.

7. Разгружаются магистральные линии электропередачи.

8. Появляется возможность присоединения промежуточных потребителей.

9. Позволяет сократить численность ремонтного персонала за счет концентрации мощности оборудования, централизации ремонтов, автоматизации производственных процессов.

• Литература

1. В.Н. Костин, Е.В. Распопов, Е.А. Родченко. Передача и распределение электроэнергии. Учебное пособие. - Санкт-Петербург, СЗТУ, 2003 - 147.

2. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Колебания и волны. 11 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики. -- М.: Дрофа, 2002. -- С. 144-148.

3. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 592 с.: ил.

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/.......

5. http://festival.1september.ru/articles/416170/...

6. Техника высоких напряжений. Учебник для студентов электротехнических и электроэнергетических специальностей вузов. Под общей ред. Д.В. Разевига. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.,Энергия, 1976.

Размещено на Allbest.ru