Как передается электроэнергия от электростанций к потребителям

Электричество не относится к накопительным ресурсам.

На сегодняшний день нет эффективных технологий, позволяющих аккумулировать энергию, выработанную генераторами, поэтому передача электроэнергии потребителям относится к актуальным задачам.

В стоимость ресурса входят затраты на его производство, потери при транспортировке и расходы на монтаж и обслуживание ЛЭП. При этом от схемы передачи напрямую зависит эффективность системы электроснабжения.

Высокое напряжение, как способ уменьшения потерь

Несмотря на то, что во внутренних сетях большинства потребителей, как правило, 220/380 В, электроэнергия передается к ним по высоковольтным магистралям и понижается на трансформаторных подстанциях. Для такой схемы работы есть весомые основания, дело в том, что наибольшая доля потерь приходится на нагрев проводов.

Мощность потерь описывает следующая формула: Q = I2 * Rл ,

где I – сила тока, проходящего через магистраль, RЛ – ее сопротивление.

Исходя из приведенной формулы можно заключить, что снизить затраты можно путем уменьшения сопротивления в ЛЭП или понизив силу тока.

В первом случае потребуется увеличивать сечения провода, это недопустимо, поскольку приведет к существенному удорожанию электропередающих магистралей.

Выбрав второй вариант, понадобится увеличить напряжение, то есть, внедрение высоковольтных ЛЭП приводит к снижению потерь мощности.

Классификация линий электропередач

В энергетике принято разделять ЛЭП на виды в зависимости от следующих показателей:

1. Конструктивные особенности линий, осуществляющих передачу электроэнергии. В зависимости от исполнения они могут быть двух видов:

• Воздушными. Передача электричества осуществляется с использованием проводов, которые подвешиваются на опоры.
  Воздушные линии электропередач
• Кабельными. Такой способ монтажа подразумевает укладку кабельных линий непосредственно в грунт или в специально предназначенные для этой цели инженерные системы.
  Обустройство блочной кабельной канализации

1. Вольтаж. В зависимости от величины напряжения ЛЭП принято классифицировать на следующие виды:

• Низковольтные, к таковым относятся все ВЛ с напряжением не более 1-го кВ.
• Средние – от 1-го до 35-ти кВ.
• Высоковольтные – 110,0-220,0 кВ.
• Сверхвысоковольтные – 330,0-750,0 кВ.
• Ультравысоковольтные — более 750-ти кВ.
  Ультравысоковольтная ЛЭП Экибастуз-Кокчетав 1150 кВ

1. Разделение по типу тока при передаче электричества, он может быть переменным и постоянным. Первый вариант более распространен, поскольку электростанции, как правило, оборудованы генераторами переменного тока. Но для уменьшения нагрузочных потерь энергии, особенно на большой дальности передачи, более эффективен второй вариант. Как организованы схемы передачи электричества в обоих случаях, а также преимущества каждого из них, будет рассказано ниже.
2. Классификация в зависимости от назначения. Для этой цели приняты следующие категории:

• Линии от 500,0 кВ для сверхдальних расстояний. Такие ВЛ связывают между собой отдельные энергетические системы.
• ЛЭП магистрального назначения (220,0-330,0 кВ). При помощи таких линий осуществляется передача электричества, вырабатываемого на мощных ГЭС, тепловых и атомных электростанциях, а также их объединения в единую энергосистему.
• ЛЭП 35-150 кВ относятся к распределительным. Они служат для снабжения электроэнергией крупных промышленных площадок, подключения районных распределительных пунктов и т.д.
• ЛЭП с напряжением до 20,0 кВ, служат для подключения групп потребителей к электрической сети.

Способы передачи электроэнергии

Осуществить передачу электроэнергии можно двумя способами:

• Методом прямой передачи.
• Преобразуя электричество в другой вид энергии.

В первом случае электроэнергия передается по проводникам, в качестве которых выступает провод или токопроводящая среда. В воздушных и кабельных ЛЭП применяется именно этот метод передачи.

Преобразование электричества в другой вид энергии открывает перспективы беспроводного снабжения потребителей. Это позволит отказаться от линий электропередач и, соответственно, от расходов, связанных с их монтажом и обслуживанием.

Ниже представлены перспективные беспроводные технологии, над совершенствованием которых ведутся работы.

Технологии беспроводной передачи электричества

К сожалению, на текущий момент возможности транспортировки электричества беспроводным способом сильно ограничены, поэтому об эффективной альтернативе методу прямой передачи говорить пока рано. Исследовательские работы в этом направлении позволяют надеяться, что в ближайшее время решение будет найдено.

Схема передачи электроэнергии от электростанции до потребителя

Ниже на рисунке представлены типовые схемы, из которых первые две относятся к разомкнутому виду, остальные — к замкнутому. Разница между ними заключается в том, что разомкнутые конфигурации не являются резервированными, то есть, не имеют резервных линий, которые можно задействовать при критическом увеличении электрической нагрузки.

Пример наиболее распространенных конфигураций ЛЭП

Обозначения:

1. Радиальная схема, на одном конце линии находится электростанция производящая энергию, на втором — потребитель или распределительное устройство.
2. Магистральный вариант радиальной схемы, отличие от предыдущего варианта заключается в наличии отводов между начальным и конечным пунктами передачи.
3. Магистральная схема с питанием на обоих концах ЛЭП.
4. Кольцевой тип конфигурации.
5. Магистраль с резервной линией (двойная магистраль).
6. Сложнозамкнутый вариант конфигурации. Подобные схемы применяются при подключении ответственных потребителей.

Теперь рассмотрим более подробно радиальную схему для передачи вырабатываемой электроэнергии по ЛЕП переменного и постоянного тока.

Рис. 6. Схемы передачи электроэнергии к потребителям при использовании ЛЭП с переменным (А) и постоянным (В) током

Обозначения:

1. Генератор, где вырабатывается я электроэнергия с синусоидальной характеристикой.
2. Подстанция с повышающим трехфазным трансформатором.
3. Подстанция с трансформатором, понижающим напряжение трехфазного переменного тока.
4. Отвод для передачи электироэнергии распределительному устройству.
5. Выпрямитель, то есть устройство преобразующее трехфазный переменный ток в постоянный.
6. Инверторный блок, его задача сформировать из постоянного напряжение синусоидальное.

Как видно из схемы (А), с источника энергии электричество подается на повышающий трансформатор, затем при помощи воздушных линий электропередач производится транспортировка электроэнергии на значительные расстояния. В конечной точке линия подключается к понижающему трансформатору и от него идет к распределителю.

Метод передачи электроэнергии в виде постоянного тока ( В на рис.6) от предыдущей схемы отличается наличием двух преобразовательных блоков (5 и 6).

Закрывая тему раздела, для наглядности приведем упрощенный вариант схемы городской сети.

Наглядный пример структурной схемы электроснабжения

Обозначения:

1. Электростанция, где электроэнергия производится.
2. Подстанция, повышающая напряжение, чтобы обеспечить высокую эффективность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
3. ЛЭП с высоким напряжением (35,0-750,0 кВ).
4. Подстанция с понижающими функциями (на выходе 6,0-10,0 кВ).
5. Пункт распределения электроэнергии.
6. Питающие кабельные линии.
7. Центральная подстанция на промышленном объекте, служит для понижения напряжения до 0,40 кВ.
8. Радиальные или магистральные кабельные линии.
9. Вводный щит в цеховом помещении.
10. Районная распределительная подстанция.
11. Кабельная радиальная или магистральная линия.
12. Подстанция, понижающая напряжение до 0,40 кВ.
13. Вводный щит жилого дома, для подключения внутренней электрической сети.

Передача электроэнергии на дальние расстояния

Основная проблема, связанная с такой задачей – рост потерь с увеличением протяженности ЛЭП. Как уже упоминалось выше, для снижения энергозатрат на передачу электричества уменьшают силу тока путем увеличения напряжения. К сожалению, такой вариант решения порождает новые проблемы, одна из которых коронные разряды.

С точки зрения экономической целесообразности потери в ВЛ не должны превышать 10%. Ниже представлена таблица, в которой приводится максимальная протяженность линий, отвечающих условиям рентабельности.

Таблица 1. Максимальная протяженность ЛЭП с учетом рентабельности (не более 10% потерь)

Напряжение ВЛ (кВ)	Протяженность (км)
0,40	1,0
10,0	25,0
35,0	100,0
110,0	300,0
220,0	700,0
500,0	2300,0
1150,0*	4500,0*

* — на текущий момент ультравысоковольтная ВЛ переведена на работу с напряжением в половину от номинального (500,0 кВ).

Постоянный ток в качестве альтернативы

В качестве альтернативы электропередачи переменного тока на большое расстояние можно рассматривать ВЛ с постоянным напряжением. Такие ЛЭП обладают следующими преимуществами:

• Протяженность ВЛ не влияет на мощность, при этом ее максимальное значение существенно выше, чем у ЛЭП с переменным напряжением. То есть при увеличении потребления электроэнергии (до определенного предела) можно обойтись без модернизации.
• Статическую устойчивость можно не принимать во внимание.
• Нет необходимости синхронизировать по частоте связанные энергосистемы.
• Можно организовать передачу электроэнергии по двухпроводной или однопроводной линии, что существенно упрощает конструкцию.
• Меньшее влияние электромагнитных волн на средства связи.
• Практически отсутствует генерация реактивной мощности.

Несмотря на перечисленные способности ЛЭП постоянного тока, такие линии не получили широкого распространения. В первую очередь это связано с высокой стоимостью оборудования, необходимого для преобразования синусоидального напряжения в постоянное. Генераторы постоянного тока практически не применяются, за исключением электростанций на солнечных батареях.

С инверсией (процесс  полностью противоположный выпрямлению) также не все просто, необходимо допиться качественных синусоидальных характеристик, что существенно увеличивает стоимость оборудования. Помимо этого следует учитывать проблемы с организацией отбора мощности и низкую рентабельность при протяженности ВЛ менее 1000-1500 км.

Кратко о свехпроводимости.

Сопротивление проводов можно существенно снизить, охладив их до сверхнизких температур.

Это позволило бы вывести эффективность передачи электроэнергии на качественно новый уровень и увеличить протяженность линий для использования электроэнергии на большом удалении от места ее производства.

К сожалению, доступные на сегодняшний день технологии не могут позволить использования сверхпроводимости для этих целей ввиду экономической нецелесообразности.

Как электроэнергия доходит до потребителя

Как электроэнергия попадает к нам в дома, какой путь она проделывает, перед тем как оказаться в наших розетках, какие схемы по передаче электроэнергии существуют и где она вырабатывается? На все эти вопросы вы найдете ответы, прочитав эту статью до конца!

Рисунок 1. Передача и распределение электроэнергии.

Виды электростанций.

Основными источниками электроэнергии являются электростанции. В настоящее время самыми востребованными и эффективными из них являются:

• гидроэлектростанции (ГЭС),
• тепловые электростанции (ТЭЦ),
• атомные электростанции (АЭС).

Но так же для производства электроэнергии используются и геотермальные, ветровые, солнечные электростанции. В последнее время их популярность растет с каждым годом, так как эти электростанции более экологичны и безопасны для природы и человека.

Для того чтобы передать электроэнергию от электростанции к потребителю она должна пройти длинный путь через большое количество устройств.  Каких устройств и для чего они нужны, мы сейчас разберемся.

Рисунок 2. Атомная электростанция.

Важнейшая проблема передачи электроэнергии состоит в том, что при передаче ее на большие расстояния возникают большие потери мощности тока. Основная причина этих потерь это сопротивления в проводниках, по которым передается электричество.Отсюда возникает вопрос, как снизить сопротивление в проводах?

Чтобы снизить сопротивление в проводах необходимо увеличить их площадь поперечного сечение. Но учитывая длину, на которую нужно передать электроэнергию, очевидно, что это невыгодно. Есть еще один способ, чтобы передать ту же мощность по проводам, можно уменьшить силу тока протекающего по проводам увеличив напряжение.

Этот процесс  можно сравнить с водопроводной трубой, где вода это электрический ток, труба это проводник, объем воды протекающий через трубу это мощность, давление воды это напряжение.

Теперь все понятно, увеличивать диаметр трубы, чтобы поступало больше воды не выгодно из-за большого расстояния, нужно увеличить давление напряжение, чтобы через тот же диаметр трубы протекало больше воды. Правда придётся увеличить и толщину трубы, чтобы ее не порвало, в электрике это будет увеличение толщины изоляторов, чтобы не было пробоя. Но все равно это выгодней!

Напряжение воздушных линий электропередач.

Для того чтобы повысить напряжение на электростанциях используются повышающие трансформаторы. От электростанции высокое напряжение передается по линиям электропередач (ЛЭП). Напряжение в ЛЭП зависит от длины, на которую нужно передать электроэнергию.

Чем дальше от электростанции находятся потребители, тем выше должно быть напряжение в линии электропередач, для того чтобы избежать потерь. Величина напряжения в зависимости от длины линии может быть. Самая высоковольтная ЛЭП в мире находится в России, ее напряжение 1150кВ.

• Сверхдальние ЛЭП напряжением от 500кВ, 750кВ, 1150кВ.
• Магистральные ЛЭП напряжением 220кВ, 330кВ.
• Распределительные ЛЭП напряжением 35кВ, 110кВ, 150кВ.

Высокое напряжение от электростанций по ЛЭП приходит на центральные распределительные подстанции (ЦРП) которые находятся непосредственно в городах или близко к ним.

Там происходит понижение напряжения, если это необходимо и распределение электроэнергии по линиям более низкого напряжения 220,110кВ.

Эти линии питают подстанции соответственно 110,220кВ, которые распределены по районам города, как правило, это несколько подстанций на район.

Рисунок 3. Высоковольтная ЛЭП.

На подстанциях 110,220кВ напряжение понижается до 6,10кВ и распределяется по трансформаторным пунктам (ТП) через кабельные линии которые проложены в земле. Один трансформаторный пункт (ТП) может питать несколько многоэтажных жилых домов. В среднем это 2, 3 или 4 в зависимости от этажности жилых дома на одну ТП.

Приходящее на ТП напряжение 6 либо 10кВ снова понижается уже до всем нам привычного 0.4кВ (220, 380В). С ТП напряжение 380В по кабельным линиям подается на жилые дома. От щитовых жилых домов, электроэнергия расходится по кабельным линиям в этажные щиты, а от этажных щитов подается в наши квартиры.  

сети, электроэнергия, ЛЭП

Передача электроэнергии

к оглавлению

Передача электроэнергии от электростанции к потребителям — одна из важнейших задач энергетики. Электроэнергия передаётся преимущественно по воздушным линиям электропередачи (ЛЭП) переменного тока, хотя наблюдается тенденция ко всё более широкому применению кабельных линий и линий постоянного тока.

Необходимость передачи электроэнергии на расстояние обусловлена тем, что электроэнергия вырабатывается крупными электростанциями с мощными агрегатами, а потребляется сравнительно маломощными электроприёмниками, распределёнными на значительной территории.

Тенденция к концентрации генерирующих мощностей объясняется тем, что с их ростом снижаются относительные затраты на сооружение электростанций и уменьшается стоимость вырабатываемой электроэнергии.

Размещение мощных электростанций производится с учётом целого ряда факторов, таких, например, как наличие энергоресурсов, их вид, запасы и возможности транспортировки, природные условия, возможность работы в составе единой энергосистемы и т.п.

Часто такие электростанции оказываются существенно удалёнными от основных центров потребления электроэнергии. От эффективности передачи электроэнергии на расстояние зависит работа единых электроэнергетических систем, охватывающих обширные территории.

Одной из основных характеристик электропередачи является её пропускная способность, то есть та наибольшая мощность, которую можно передать по ЛЭП с учётом ограничивающих факторов: предельной мощности по условиям устойчивости, потерь на корону, нагрева проводников и т.д. Мощность, передаваемая по ЛЭП переменного тока, связана с её протяжённостью и напряжениями зависимостью

где U1 и U2 — напряжения в начале и в конце ЛЭП, Zc — волновое сопротивление ЛЭП, α — коэффициент изменения фазы, характеризующий поворот вектора напряжения вдоль линии на единицу её длины (обусловленный волновым характером распространения электромагнитного поля),

l — протяжённость ЛЭП,

δ — угол между векторами напряжения в начале и в конце линии, характеризующий режим электропередачи и её устойчивость.

Предельная передаваемая мощность достигается при δ = 90°, когда sinδ = 1. Для воздушных ЛЭП переменного тока можно приближённо считать, что максимальная передаваемая мощность примерно пропорциональна квадрату напряжения, а стоимость сооружения ЛЭП пропорциональна напряжению.

Поэтому в развитии электропередач наблюдается тенденция к увеличению напряжения как к главному средству повышения пропускной способности ЛЭП. Предельные значения напряжении ЛЭП, связанные с возможными перенапряжениями, ограничиваются изоляцией ЛЭП и электрической прочностью воздуха (см. Техника высоких напряжений).

Повышение пропускной способности ЛЭП переменного тока возможно и путём усовершенствования конструкции линии, а также посредством включения различных компенсирующих устройств.

Компенсирующие устройства в электрической системе, предназначены для компенсации реактивных параметров сетей [например, линий электропередачи (ЛЭП) переменного тока] и реактивной мощности, потребляемой нагрузками и элементами электрической системы.

В качестве компенсирующих устройств на ЛЭП используются продольно включаемые батареи электрических конденсаторов (см. Продольная компенсация), а также поперечно включаемые электрические реакторы и синхронные компенсаторы (см. Сихронный компенсатор, поперечная компенсация), которые устанавливаются на концевых или промежуточных подстанциях ЛЭП.

Эти Компенсирующие устройства предназначены для увеличения пропускной способности электрической линии и улучшения технико-экономических показателей работы ЛЭП (снижения потерь активной мощности, обеспечения требуемых значений напряжения при различных нагрузках и др.).

Для компенсации реактивной мощности, потребляемой нагрузками, (асинхронными двигателями, электролизными установками и др.) и элементами электрической системы, применяют поперечно включаемые батареи электрических конденсаторов, синхронные компенсаторы и синхронные двигатели, работающие в режиме перевозбуждения.

Эти компенсирующие устройства предназначены для обеспечения реактивной мощностью потребителей электроэнергии при желаемых значениях напряжений, а также для уменьшения потерь активной мощности в элементах электрической сети.

Управляемые компенсирующие устройства (регулируемые батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы и двигатели с автоматическим регулированием возбуждения) используются также в качестве устройств автоматического регулирования напряжения в электрической системе. Мощность и местоположение компенсирующих устройств определяются технико-экономическими показателями, получаемыми из расчёта.

Так, например, на ЛЭП напряжением 330кВ и выше используется «расщепление» проводов в каждой фазе на несколько электрически связанных между собой проводников; при этом индуктивное сопротивление линии уменьшается, а ёмкостная проводимость увеличивается, что ведёт к снижению Zc и уменьшению α. Одним из способов повышения пропускной способности ЛЭП является сооружение «разомкнутых» линий, у которых на опорах подвешиваются провода двух цепей таким образом, что провода разных фаз оказываются сближенными между собой.

В электропередачах постоянного тока отсутствуют многие факторы, свойственные электропередачам переменного тока и осложняющие сопряжение сетей и системное регулирование. Предельная мощность, передаваемая по ЛЭП постоянного тока определяется омическим сопротивлением линии

где Ев — напряжение на выходе выпрямителя, RΣ — суммарное активное сопротивление электропередачи, в которое, кроме сопротивления проводов ЛЭП, входят сопротивления выпрямителя и инвертора.

Ограниченность применения электропередач постоянного тока связана главным образом с техническими трудностями создания эффективных недорогих устройств для преобразования переменного тока в постоянный (в начале линии) и постоянного тока в переменный (в конце линии).

Электропередачи постоянного тока перспективны для объединения крупных удалённых друг от друга энергосистем. В этом случае отпадает необходимость в обеспечении устойчивости работы этих систем.

Качество электроэнергии определяется надёжной и устойчивой работой электропередачи, что обеспечивается, в частности, применением компенсирующих устройств и систем автоматического регулирования и управления (см. Автоматическое регулирование возбуждения, Автоматическое регулирование напряжения, Автоматическое регулирование частоты).

Первая в мире электропередача, рассчитанная на длительную эксплуатацию, была построена в Петербурге в 1876 П. Н. Яблочковым для электрического освещения улиц. Д. А. Лачинов и М. Депре в 1880 теоретически обосновали возможность повышения напряжения для увеличения мощности и дальности передачи.

Однако широкое использование электрической энергии в промышленности, теснейшим образом связанное с передачей электроэнергии на расстояние, началось лишь после изобретения М. О. Доливо-Добровольским экономичного и относительно простого способа передачи электрической энергии трёхфазным переменным током.

Со времени создания первых электропередач трёхфазного тока их напряжение возрастало в 1,5—2 раза примерно каждые 10—15 лет. Повышение напряжения давало возможность увеличивать расстояния и передаваемые мощности. В 20-х гг. 20 в. электроэнергия передавалась максимально на расстояния порядка 100 км, к 30-м гг.

протяжённость ЛЭП увеличилась до 400 км, а к 70-м гг. длина ЛЭП достигла 1000—1200 км. Наряду с развитием электропередач переменного тока совершенствовалась техника передачи электроэнергии постоянным током.

В 1950 в СССР впервые в мире была введена в действие опытная кабельная линия постоянного тока Каширская ГРЭС — Москва напряжением 200кВ с пропускной способностью 30 Мвт.

Накопленный опыт позволил в 1962—65 ввести в эксплуатацию межсистемную электропередачу постоянного тока (с воздушной ЛЭП напряжением 800кВ) Волгоград — Донбасс пропускной способностью 750 Мвт. К 1974 в разных странах работало уже более 20 электропередач постоянного тока. В СССР в 1975—85 намечается строительство ЛЭП постоянного тока напряжением ±750кВ протяжённостью 2500—3000 км и в дальнейшем — электропередачи ± 1200кВ

С 60-х гг. большое внимание уделяется разработке качественно новых электропередач. Таковы, например, «закрытые» электропередачи, выполняемые в виде замкнутых конструкций, заполненных электроизолирующим газом (например, F6), внутри которых располагаются провода высокого напряжения.

Перспективны также криогенные (в дальнейшем, возможно, сверхпроводящие) ЛЭП. «Закрытые» и криогенные электропередачи особенно удобны для энергоснабжения потребителей в густонаселённых районах, например на территориях крупных городов.

Кроме того, изучается возможность передачи энергии электромагнитными волнами высокой частоты по волноводам.

В энергоснабжении потребителей альтернативой передаче электроэнергии на расстояние является перевозка топлива.

Сравнительный анализ показывает, что не всегда передача электроэнергии — наилучший способ энергоснабжения: например, при высокой калорийности угля (более 17—19 Мдж/кг) более целесообразно перевозить его по железной дороге (при условии, что железная дорога уже построена); в ряде случаев оказывается предпочтительнее сооружать трубопроводы для подачи природного газа или нефти. Анализ энергосистем ряда стран позволяет выделить две основные тенденции их развития: приближение электростанций к центрам потребления в тех случаях, когда на территории, охватываемой объединённой энергосистемой, нет дешёвых источников энергии или когда ресурсы этих источников уже исчерпаны; сооружение электростанций вблизи дешёвых источников энергии и передача электроэнергии на расстояние, к центрам её потребления. Системы электро-, нефте- и газоснабжения должны сооружаться и эксплуатироваться в определённой координации между собой и образовывать единую энергетическую систему страны.

Литература:

1. Веников В. А., Дальние электропередачи, М.— Л., 1960;
2. Совалов С. А., Режимы электропередач 400—500 кв. ЕЭС, М., 1967;
3. Электрические системы, т. 3 — Передача энергии переменным и постоянным током высокого напряжения, М., 1972.

к оглавлению

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм представляет собой инструмент идеологического подчинения одних людей другим с помощью абсолютно бессовестной манипуляции их психикой для достижения интересов определенных групп людей, стоящих у руля этой воровской машины? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАРыцари теории эфира

01.10.2019 — 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского — Карим_Хайдаров.30.09.2019 — 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка — Карим_Хайдаров.30.09.2019 — 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 19:30: СОВЕСТЬ — Conscience -> РУССКИЙ МИР — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ — Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА — War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева — Карим_Хайдаров.24.09.2019 — 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ — Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ — прогнозы на будущее — Карим_Хайдаров.24.09.2019 — 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ — New Technologies -> «Зенит»ы с «Протон»ами будут падать — Карим_Хайдаров.

ПЕРЕДА́ЧА ЭЛЕКТРОЭНЕ́РГИИ

Авторы: Ю. П. Рыжов

ПЕРЕДА́ЧА ЭЛЕКТРОЭНЕ́РГИИ, ком­плекс уст­ройств и со­ору­же­ний, пред­на­зна­чен­ных для пе­ре­да­чи элек­тро­энер­гии вы­со­ко­го на­пря­же­ния пе­ре­мен­ным трёх­фаз­ным то­ком или по­сто­ян­ным то­ком на оп­ре­де­лён­ное рас­стоя­ние (от не­сколь­ких де­сят­ков до ты­сяч км и бо­лее). Не­об­хо­ди­мость П. э.

обу­слов­ле­на тем, что элек­тро­энер­гия вы­ра­ба­ты­ва­ет­ся круп­ны­ми элек­тро­стан­ция­ми, а по­треб­ля­ет­ся срав­нитель­но ма­ло­мощ­ны­ми при­ём­ни­ка­ми элек­тро­энер­гии, рас­пре­де­лён­ны­ми на зна­чит. тер­ри­то­рии, ча­сто су­щест­вен­но уда­лён­ной от элек­тро­стан­ций. От эф­фек­тив­но­сти П. э.

за­ви­сит ра­бо­та еди­ных элек­тро­энер­ге­ти­че­ских сис­тем, ох­ва­ты­ваю­щих об­шир­ные тер­ри­то­рии.

В ком­плекс для пе­ре­да­чи пе­ре­мен­но­го то­ка вхо­дят: ли­ния элек­тро­пе­ре­да­чи, кон­це­вые и про­ме­жу­точ­ные под­стан­ции элек­три­че­ские с ком­му­та­ци­он­ной ап­па­ра­ту­рой, транс­фор­ма­то­ры и ав­то­транс­фор­ма­то­ры на этих под­стан­ци­ях, уст­рой­ст­ва про­доль­ной и по­пе­реч­ной ком­пен­са­ции (см.

Ком­пен­си­рую­щие уст­рой­ст­ва), пе­ре­клю­ча­тель­ные пунк­ты (при не­об­хо­ди­мо­сти), уст­рой­ст­ва ре­лей­ной за­щи­ты и ав­то­ма­ти­ки, те­ле­мет­рии, свя­зи. Пе­ре­да­чи пе­ре­мен­ным то­ком мо­гут быть транс­порт­ны­ми и меж­сис­тем­ны­ми. Транс­порт­ная пе­ре­да­ча пред­на­зна­че­на для П. э. от уда­лён­ной элек­трич.

стан­ции в при­ём­ную сис­те­му, меж­сис­тем­ная – для свя­зи отд. элек­тро­энер­ге­тич. сис­тем и об­ме­на элек­тро­энер­ги­ей ме­ж­ду ни­ми. По ЛЭП пе­ре­да­ют­ся по­то­ки мощ­но­сти, из­ме­ряе­мые сот­ня­ми и ты­ся­ча­ми МВт. Од­ной из осн. ха­рак­те­ри­стик элек­тро­пе­ре­да­чи яв­ля­ет­ся её про­пу­ск­ная спо­соб­ность, т. е.

та наи­боль­шая мощ­ность, ко­то­рую мож­но пе­ре­дать по ЛЭП. П. э. свя­за­на с за­мет­ны­ми по­те­ря­ми, т. к. элек­трич. ток на­гре­ва­ет про­во­да ЛЭП.

Мощ­ность $P$, пе­ре­да­вае­мая по ли­нии трёх­фаз­но­го то­ка при сим­мет­рич­ной на­груз­ке фаз,$$P=sqrt{3}IUcos φ, ag1$$ где $I$ и $U$ – дей­ст­вую­щие зна­че­ния ли­ней­ной си­лы то­ка и ли­ней­но­го на­пря­же­ния, $φ$ – угол сдви­га фаз ме­ж­ду фаз­ным на­пря­же­ни­ем и си­лой то­ка.

Мощ­ность, те­ряе­мая в про­во­дах, $$P_l=3I^2R=3I^2
hofrac{l}{S}, ag2$$ или $$P_l=frac{3P^2}{3U^2cos^2 varphi}
hofrac{l}{S}=frac{P^2}{U^2cos^2varphi}
hofrac{l}{S} ag3$$Здесь $R$ – на­груз­ка в элек­трич. це­пи, $ρ$ – удель­ное со­про­тив­ле­ние ма­те­риа­ла про­во­дов, $l$ – их дли­на, $S$ – пло­щадь по­пе­реч­но­го се­че­ния.

Ана­ли­зи­руя вы­ра­же­ние (3), мож­но оты­скать пу­ти умень­ше­ния те­ряе­мой мощ­но­сти. Пе­ре­да­вае­мая мощ­ность $P$ и даль­ность пе­ре­да­чи энер­гии $l$ оп­ре­де­ля­ют­ся ус­ло­вия­ми элек­тро­пе­ре­да­чи. Эти ве­ли­чи­ны из­ме­нить не­воз­мож­но. Удель­ное со­про­тив­ле­ние $ρ$ за­ви­сит от ма­те­риа­ла, из ко­то­ро­го из­го­тов­лены про­во­да.

На прак­ти­ке ис­поль­зу­ют­ся пре­им. ма­те­риа­лы с наи­мень­шим зна­че­ни­ем $ρ$ (медь, алю­ми­ний). Уве­ли­че­ние пло­ща­ди по­пе­реч­но­го се­че­ния про­во­дов ма­ло­эф­фек­тив­но; зна­чи­тель­ное их утол­ще­ние не­воз­мож­но из-за боль­шой мас­сы и стои­мо­сти ли­нии. По­это­му ос­та­ют­ся два пу­ти умень­ше­ния по­терь элек­трич.

энер­гии: уве­ли­че­ние на­пря­же­ния в ЛЭП и по­вы­ше­ние ко­эф. мощ­но­сти. Ко­гда ко­эф. мощ­но­сти $cos φ$ мал, часть энер­гии цир­ку­ли­ру­ет по про­во­дам от ге­не­ра­то­ра к по­тре­би­те­лям и об­рат­но, что при­во­дит к зна­чит. по­те­рям на на­гре­ва­ние про­во­дов. Пре­дель­ная пе­ре­да­вае­мая мощ­ность до­сти­га­ет­ся, ко­гда $cos j=1$.

Да­же при та­ком срав­ни­тель­но вы­со­ком ко­эф. мощ­но­сти, как $cos φ=0,8$, по­те­ри в ЛЭП при­мер­но в 1,5 ра­за боль­ше, чем в слу­чае, ко­гда $cos φ=1$. При совр. мас­шта­бах пе­ре­да­чи энер­гии по­вы­ше­ние зна­че­ния $cos φ$ с 0,8 до 0,9 да­ло бы ог­ром­ную эко­но­мию мощ­но­сти, рав­ную мощ­но­сти не­сколь­ких круп­ных элек­тро­стан­ций. Од­на­ко гл.

путь умень­ше­ния по­терь мощ­но­сти в про­во­дах ЛЭП – это по­вы­ше­ние на­пря­же­ния в ли­нии пе­ре­да­чи. Чем длин­нее ЛЭП, тем вы­год­нее ис­поль­зо­вать бо­лее вы­со­кое на­пря­же­ние. По­это­му при пе­ре­да­че энер­гии от мощ­ных элек­тро­стан­ций элек­трич. ток по ши­нам по­сту­па­ет на транс­фор­ма­тор­ные по­вы­шаю­щие под­стан­ции.

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.

С по­ни­жаю­щих под­стан­ций по се­ти с на­пря­же­ни­ем 6–10 кВ энер­гия час­тич­но на­прав­ля­ет­ся к вы­со­ко­вольт­ным по­тре­би­те­лям, час­тич­но на по­ни­жаю­щие под­стан­ции, где на­пря­же­ние по­ни­жа­ет­ся обыч­но до 380 В. Да­лее по низ­ко­вольт­ной се­ти она под­во­дит­ся к по­тре­би­те­лям.

По­вы­ше­ние про­пу­ск­ной спо­соб­но­сти ЛЭП пе­ре­мен­но­го то­ка воз­мож­но и пу­тём усо­вер­шен­ст­во­ва­ния кон­ст­рук­ции ли­нии, а так­же по­сред­ст­вом вклю­че­ния разл. ком­пен­си­рую­щих уст­ройств. Уст­рой­ст­ва про­доль­ной ком­пен­са­ции при­ме­ня­ют­ся для по­вы­ше­ния про­пу­ск­ной спо­соб­но­сти пе­ре­да­чи.

Та­ким уст­рой­ст­вом слу­жит кон­ден­са­тор­ная ба­та­рея, вклю­чён­ная в рас­сеч­ку ли­нии, за счёт че­го ком­пен­си­ру­ет­ся часть ин­дук­тив­но­сти ли­нии и, как след­ст­вие, по­вы­ша­ет­ся про­пу­ск­ная спо­соб­ность по­след­ней.

Уст­рой­ст­ва по­пе­реч­ной ком­пен­са­ции слу­жат для по­гло­ще­ния из­бы­точ­ной за­ряд­ной мощ­но­сти ЛЭП в ре­жи­мах ма­лых на­гру­зок и ге­не­ра­ции ре­ак­тив­ной мощ­но­сти в ре­жи­мах боль­ших на­гру­зок, ста­би­ли­за­ции на­пря­же­ния в уз­ло­вых точ­ках пе­ре­да­чи.

В ка­че­ст­ве уст­ройств по­пе­реч­ной ком­пен­са­ции ис­поль­зу­ют­ся управ­ляе­мые и не­управ­ляе­мые шун­ти­рую­щие ре­ак­то­ры, ста­тич. ти­ри­стор­ные ком­пен­са­то­ры (уст­рой­ст­ва, ос­но­ван­ные на при­ме­не­нии си­ло­вой пре­об­ра­зо­ват. тех­ни­ки).

Пе­ре­клю­ча­тель­ные пунк­ты пред­став­ля­ют со­бой про­ме­жу­точ­ную под­стан­цию без на­груз­ки, на ко­то­рой име­ют­ся толь­ко вы­клю­ча­те­ли вы­со­ко­го на­пря­же­ния, разъ­е­ди­ни­те­ли и за­зем­ли­те­ли, пред­на­зна­чен­ные для от­клю­че­ния отд. уча­ст­ков ка­ж­дой из це­пей про­тя­жён­ной ли­нии при по­вре­ж­де­ни­ях на дан­ном уча­ст­ке или для про­ве­де­ния на нём ре­монт­но-про­фи­лак­тич. ра­бот.

Наи­бо­лее пер­спек­тив­ным спо­со­бом пе­ре­да­чи элек­тро­энер­гии на даль­ние рас­стоя­ния яв­ля­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние по­сто­ян­но­го то­ка. При П. э.

по­сто­ян­ным то­ком вы­ра­ба­ты­вае­мое ге­не­ра­то­ра­ми элек­тро­стан­ции пе­ре­мен­ное на­пря­же­ние пред­ва­ри­тель­но по­вы­ша­ют с по­мо­щью транс­фор­ма­то­ров, а за­тем с по­мо­щью вы­пря­ми­те­лей пре­об­ра­зу­ют в по­сто­ян­ное на­пря­же­ние.

В кон­це ЛЭП по­сто­ян­ное на­пря­же­ние сно­ва пре­об­ра­зу­ют в пе­ре­мен­ное с по­мо­щью ин­вер­то­ров, по­сле че­го транс­фор­ма­то­ры по­ни­жа­ют его до нуж­но­го зна­че­ния. В ком­плекс для пе­ре­да­чи по­сто­ян­но­го то­ка вхо­дят: ЛЭП по­сто­ян­но­го то­ка, пре­об­ра­зо­ват.

уст­рой­ст­ва (вы­пря­ми­тель и ин­вер­тор) со свои­ми транс­фор­ма­то­ра­ми, фильт­ро­ком­пен­си­рую­щие уст­рой­ст­ва пе­ре­мен­но­го то­ка, ли­ней­ные ре­ак­то­ры и фильт­ры по­сто­ян­но­го то­ка, а так­же сис­те­мы управ­ления пре­об­ра­зо­ва­те­ля­ми, ре­гу­ли­ро­ва­ния, за­щи­ты, ав­то­ма­ти­ки, сис­те­ма свя­зи.

В элек­тро­пе­ре­да­чах по­сто­ян­но­го то­ка от­сут­ст­ву­ют мн. фак­то­ры, свой­ст­вен­ные элек­тро­пе­ре­да­чам пе­ре­мен­но­го то­ка и ог­ра­ни­чи­ваю­щие их про­пу­ск­ную спо­соб­ность (напр., ЛЭП по­сто­ян­но­го то­ка по­зво­ля­ют пе­ре­да­вать по тем же про­во­дам бóльшую энер­гию).

Кро­ме то­го, при пе­ре­да­че элек­тро­энер­гии по­сто­ян­ным то­ком ис­че­за­ют за­труд­не­ния, свя­зан­ные с ин­дук­тив­ным со­про­тив­ле­ни­ем и ём­ко­стью ли­нии. Ог­ра­ни­че­ния­ми здесь яв­ля­ют­ся лишь макс. до­пус­ти­мый кпд ли­нии и мощ­ность пре­об­ра­зо­ва­те­лей.

От­сут­ст­вие за­ряд­ной мощ­но­сти ли­нии (ём­кость ме­ж­ду ли­ни­ей и зем­лёй) по­зво­ля­ет со­ору­жать ка­бель­ные ли­нии дли­ной 100–200 км и бо­лее, что не­дос­ти­жи­мо для ка­бель­ных ли­ний пе­ре­мен­но­го то­ка из-за пе­ре­гре­ва то­ко­ве­ду­щих жил ка­бе­ля за­ряд­ной мощ­но­стью. Осн.

об­лас­ти при­ме­не­ния элек­тро­пе­ре­дач по­сто­ян­но­го то­ка: связь элек­тро­энер­ге­тич. сис­тем, ра­бо­таю­щих не­син­хрон­но или с разл. час­то­та­ми (объ­е­ди­не­ние круп­ных уда­лён­ных друг от дру­га энер­го­сис­тем); пе­ре­се­че­ние боль­ших вод­ных про­странств с по­мо­щью ка­бель­ных ли­ний и др. Ог­ра­ни­чен­ность при­ме­не­ния элек­тро­пе­ре­дач по­сто­ян­но­го то­ка свя­за­на гл. обр. с тех­нич. труд­но­стя­ми соз­да­ния эф­фек­тив­ных не­до­ро­гих уст­ройств для пре­об­ра­зо­ва­ния пе­ре­мен­но­го то­ка в по­сто­ян­ный (в на­ча­ле ли­нии) и по­сто­ян­но­го то­ка в пе­ре­мен­ный (в кон­це ли­нии).

Ка­че­ст­во пе­ре­да­чи элек­тро­энер­гии оп­ре­де­ля­ет­ся на­дёж­ной и ус­той­чи­вой ра­бо­той элек­тро­пе­ре­да­чи, что обес­пе­чи­ва­ет­ся, в ча­ст­но­сти, при­ме­не­ни­ем ком­пен­си­рую­щих уст­ройств и сис­тем ав­то­ма­тич. ре­гу­ли­ро­ва­ния и управ­ле­ния. (Ис­то­ри­че­скую справ­ку см. в ст. Ли­ния элек­тро­пе­ре­да­чи.)