Как передается энергия от электростанции до потребителя

Как передается энергия от электростанции до потребителя

Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях, располагаемых, как правило, у источников первичной энергии. Электростанции связаны между собой и с потребителями электрическими сетями, которые объединяют их в централизованно управляемые энергетические системы (энергосистемы). Нагрузку на электростанции распределяют так, чтобы получить наиболее дешевую электроэнергию. Например, если запас воды на гидравлической станции (ГЭС) большой, то ее нагружают на полную мощность, а тепловую (ТЭС) разгружают, экономя топливо. Или же за счет ТЭС удовлетворяют постоянную (базисную) нагрузку в течение суток, а ГЭС включают в часы, когда нагрузка возрастает.

Благодаря энергосистемам не только повышается экономичность электроснабжения, но и значительно увеличивается его надежность, возрастает общая полезная выработка электроэнергии и т. д.

Электрическая система — это часть энергосистемы, объединяющая генераторы, распределительные устройства, трансформаторные подстанции, электрические линии и токоприемники электрической энергии.

Электрической сетью называют часть электрической системы, в которую входят трансформаторные подстанции и линии различных напряжений. Электрические сети по Назначению делят на распределительные и питающие.

Питающей называют электрическую сеть, по которой электроэнергию подводят к распределительным пунктам или районным трансформаторным подстанциям (рис. 9.1). Эта сеть состоит из линий электропередачи (ЛЭП), которые не имеют подключенных потребителей.

Высоковольтная распределительная сеть (ВРС) служит для передачи электрической энергии от источника (электростанции ЭС, районной трансформаторной подстанции РТП) к потребительским трансформаторным подстанциям 777. Чаще для- ВРС используют напряжение 10 кВ, реже (при больших расстояниях) — 20 и 35 кВ. Линии 6 кВ выполняют главным образом в тех случаях, когда системы с этим напряжением уже имеются или когда тщательный технико-экономический анализ показывает целесообразность применения именно 6 кВ.

Распределение энергии по потребителям осуществляется по радиальным, магистральным (кольцевым) или смешанным схемам. На рисунке 9.2 показаны радиальная одиночная разомкнутая линия, обычно применяемая для питания отдельных, обособленных потребителей 3-й категории (а), радиальная сдвоенная кабельная линия — для питания потребителей 2-й и 3-й категорий (б) и радиальная, питаемая от двух самостоятельных источников линия — для потребителей 1-й категории (в). На рисунке 9.2, г и д приведены две схемы магистральных петлевых линий для питания потребителей 3-й категории (г) и потребителей 2-й и 1-й категорий (д). Могут быть и другие видоизменения магистральных схем.

По распределительной сети (рис. 9.1) напряжением до 1000 В (НРС) электрическую энергию передают от понизительных подстанций к потребителям. Такие сети используют обычно внутри населенного пункта, по улице которого прокладывают линию А В, а от нее к домам, расположенным на одной стороне улицы, идут вводы В, а к домам на другой стороне улицы — отводы От .

Сети могут быть воздушными или кабельными (подземными). Потребительские сети внутри помещений называют внутренними проводками.

В зависимости от расстояния, на которое передается электрическая энергия, используется то или иное стандартное напряжение. Чем больше расстояние, тем выгоднее применять более высокое напряжение, на котором передается электрическая энергия. С увеличением напряжения значительно снижаются потери энергии в проводах и расход металла на провода. Пропускная способность сетей пропорциональна квадрату степени увеличения напряжения (см. § 7.3). Ниже приведены значения некоторых принятых стандартом СССР высоких напряжений и даны сугубо ориентировочные сведения о том, на какие расстояния и при каких мощностях целесообразно передавать электроэнергию на данном напряжении.

К крупным сельскохозяйственным предприятиям подводится напряжение 35 или 20 кВ, а к средним — 10 кВ. В первом случае целесообразно использовать трансформаторы 35/0,4 кВ.

Напряжение 20 кВ имеет некоторые преимущества перед напряжением 35 и 10 кВ, если надо иметь разветвленную сеть внутри хозяйства. Аппараты и кабели дешевле, чем при 35 кВ, потери электроэнергии в сетях, трансформаторах и другом электрооборудовании меньше, чем при 10 кВ.

Дневник ТНС энерго НН

Путь электричества от электростанции к потребителю. Познавательные картинки.

Фото ria.ru

(Детальное описание иллюстрации
От электростанций до потребителей электроэнергия проходит длинный путь. Например, в Москве по высоковольтным линиям электропередачи (ЛЭП) она сначала попадает во внешнее кольцо 500 кВ, которое через несколько подстанций связано с внутренним кольцом 200 кВ. В это же кольцо поступает энергия от городских теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), снабжающих город также горячей водой. На городских подстанциях напряжение понижают до 110-35 кВ, и по воздушным линиям или подземным кабелям энергия идет во все районы столицы. На крупных промышленных предприятиях имеются свои подстанции, а на транспорте — специальные тяговые подстанции. В трансформаторных будках напряжение понижают до 380 В и подают на электрические щиты зданий. По сельской местности протянулись длинные ряды столбов с электрическими проводами под напряжением 10/6/0,4 кВ, питающим фермы, мастерские, другие производственные объекты, а также жилые дома.

Как электричество доставляется в наши дома: путь от электростанции к квартире

Электричество – неотъемлемый компонент нашей жизни, гарантия комфорта и бытового удобства. Ежедневно мы пользуемся различными электроприборами и оборудованием. Электроэнергия производится электростанциями. Однако каким образом она подается к конечным потребителям – для многих этот вопрос остается загадкой. Ответ вы можете узнать из этой статьи.

Электростанции

Основными типами электростанций являются:

• Атомная электростанция (АЭС);
• Гидроэлектростанция (ГЭС);
• Теплоэлектростанция (ТЭС).

Также продуцировать электричество могут дизельные генераторные установки и мини-электростанции. Как правило, они применяются на стройплощадках или же в медицинских учреждениях на случай аварийного обесточивания.

В западных странах для получения электрической энергии также используются ветряные и солнечные установки. А многие разработки мировых ученых основаны на получении альтернативной энергии из реакций синтеза и биомассы.

На территории нашей страны в качестве основных источников электроэнергии выступают ГЭС, АЭС и ТЭС, при этом на долю тепловых электростанций приходится более половины производимой электроэнергии. Как правило, этот вид электростанций расположен в регионах, где добывается/перерабатывается топливо. В больших городах функция теплоэлектроцентралей заключается в обеспечении населенного пункта не только электрической энергией, но также теплом и горячей водой. Однако самой дешевой считается электроэнергия, производимая гидроэлектростанциями.

Самыми современными являются атомные электростанции. Их преимущество заключается в том, что они никак не зависят от источников сырья. Исходя из этого, их размещение возможно в любом месте. Помимо этого, атомные электростанции не наносят вреда окружающей среде, если были учтены все природные факторы и выполнены требования к их строительству.

Передача электроэнергии потребителям

После генерирования электрическая энергия подается в электрочасть самой электростанции. Она может быть открытой, закрытой или комбинированной. Здесь располагаются: автоматизированные системы управления ТП, коммутационная аппаратура, защита реле, диспетчерский пункт, контрольно-измерительные приборы и система сигнализации, трансформаторные установки, сборные шины и высоковольтные выключатели. После процесса преобразования электрическая энергия направляется к высоковольтным линиям электропередач, посредством которых электричество транспортируется на разные расстояния. В состав таких линий входят провода, опоры, крепежная арматура, грозозащитные тросы, различные вспомогательные устройства.

По своему предназначению ЛЭП подразделены на:

• Сверхдальние;
• Магистральные;
• Распределительные.

Главные элементы ЛЭП – металлические опоры. Они, как правило, установлены на одинаковом расстоянии друг от друга, и бывают:

• Угловыми – монтируются на углах поворотов линий электропередачи;
• Промежуточными – монтируются на прямых участках ЛЭП и поддерживают провода, где допустимо провисание в пределах 6-8 м (для населенных пунктов) и 5-7 м (в ненаселенной местности);
• Анкерными – устанавливаются в начале/конце ЛЭП, в местах, где есть естественные преграды или же переходы на разные инженерные сооружения;
• Транспозиционными – устанавливаются при изменении порядка, в которых расположены провода на опорах, а также при ответвлении проводов от магистральных линий.

Электроэнергия передается посредством высоковольтных линий электропередачи с использованием неизолированных проводов, при изготовлении которых применяется алюминий (АH, AЖ, АКП) или сталеалюминий (АС, ВЛ, АСКС, АСКП, АСК). К опорам провода крепятся натяжными или поддерживающими изоляторами. Они бывают фарфоровыми, стеклянными или полимерными.

Защиты ЛЭП от молний обеспечивается благодаря специально натянутым грозозащитным тросам, разрядникам и заземлением самих опор. Чтобы избежать больших потерь напряжения при передаче электроэнергии на большие расстояния, как правило, промежуточно применяются подстанции с трансформаторными установками повышающего типа.

Далее электроэнергия распределяется по магистральным ВЛЭП. К ним подключены распределительные подстанции, раздающие напряжение к понижающим подстанциям. Прокладка кабеля может быть воздушной либо подземной. При первом способе используются сталемедные или алюминиевые провода (неизолированные), а во втором случае применяется силовой кабель, в состав которого входят медные или алюминиевые жилы и броня, выполняющая функцию защиты кабеля от внешних факторов воздействия.

На следующем этапе энергия распределяется от понижающей трансформаторной подстанции между КТП, которые понижают напряжение переменного тока с 10 до 0.4 кВт (частота 50Гц). После этого электроэнергия распределяется по отдельным населенным пунктам, частным домам и небольшим промышленным объектам.

Отвод воздушных линий осуществляется при помощи самонесущих алюминиевых проводов СИП. Для их подвешивания используются деревянные или бетонные опоры и монтажная аппаратура. Этот метод прокладки распределительных линий наиболее популярен в частном секторе, где существует острая необходимость в обеспечении электропитанием большого количества потребителей, расположенных на относительном расстоянии друг от друга.

Если предполагается прокладка линий под землей, в этом случае применяется силовой кабель, в котором жилы выполнены из меди/алюминия, а сам он изолирован специальным защитным покровом.

От трансформаторных подстанций электрическая энергия передается по заранее отведенному кабелю к распределительным пунктам, расположенным в специально отведенных помещениях – щитовых комнатах. В этих помещениях монтируются устройства, распределяющие электроэнергию к присоединенным объектам и запитывающие этажное/аварийное освещение, лифты в многоквартирных домах, систем кондиционирования и вентиляции, систем безопасности.

Для распределения энергии от электро-щитового помещения к этажным щитам применяются кабели, которые имеют низкие коэффициенты газовыделения и не поддерживают/не распространяют горение. Обычно это кабель марок ABBГнг-LS (с алюминиевыми жилами) и ВВГнг-LS (с медными токопроводящими жилами).

При прокладке магистральных линий применяются так называемые лестничные лотки и крепежные скобы, обеспечивающие защиту и сохранность проводов на весь срок их активной эксплуатации. В то время как для проводов электропитания от щитовой комнаты к этажным щитам используется шинопровод. Его преимуществами являются: удобство в монтаже, малые габариты и простота в дальнейшей эксплуатации.

На конечном этапе от этажного щита электрическая энергия подается к счетчику либо квартирному электрораспределительному щиту.

Как передается электроэнергия от электростанций к потребителям

Генераторные установки преобразуют энергию рек, ветра, сгорания топлива и даже атомных связей в электричество. Они распределены по всей стране, объединены в единую систему трансформаторными подстанциями. Передача электроэнергии на расстояние между ними производится линиями электропередач. Их протяженность может составлять от двух-трех до сотен километров.

Транспортные магистрали электрической энергии

Электроэнергия больших мощностей может передаваться по силовым кабелям, закопанным в землю или заглубленным в водоемы. Но наиболее распространен метод транспортировки по воздушным линиям, закрепленным на специальных инженерных сооружениях — опорах.

Так они выглядят для ВЛ-330 кВ (для увеличения нажмите на фотографию):

А вот фотография отдельной линии 110 кВ.

Электрические подстанции

Воздушные и кабельные ЛЭП соединяют между собой трансформаторные подстанции с распределительными устройствами одинакового напряжения для передачи энергии от одного силового трансформатора к другому.

Например, автотрансформатор 330/110/10 кВ принимает по высокой стороне 330 мощности от нескольких линий. Передача электроэнергии потребителям происходит по средней 110 и низкой 10 кВ части.

Однако автотрансформатор может питаться со стороны среднего или низкого напряжения. Это зависит от состояния схемы и динамики процессов, происходящих в ней.

Вид трансформатора 110/10 удаленной подстанции, который получает электроэнергию по стороне 110, распределяя ее по линиям 10 кВ.

Он же, но с противоположной стороны.

Для подключения линий к трансформаторам используются огороженные участки местности, на которых монтируются силовые элементы схемы.

Вид небольшого фрагмента открытого распределительного устройства подстанции 330 кВ.

Часть территории ОРУ-110кВ.

Вариант передачи электрической энергии от ввода 110 АТ-330 к трансформатору 110/10 кВ

Пример фрагмента первичной силовой схемы (одной секции) распределения электроэнергии на открытой местности для 7 воздушных ЛЭП (для увеличения нажмите на картинку):

Здесь реализована возможность перевода питания от вводов 110 АТ №1 или АТ №2. В схеме выполнено подключение каждого ввода АТ к своей системе шин выключателями №10 и №15 с разделением шин на секции через выключатели №8 и №9 при использовании обходной системы шин, коммутируемой выключателем №13. Шины 1СШ и 2 СШ могут объединяться выключателем №18.

Воздушные ЛЭП питаются от выключателей №11, 12, 14, 16, 17, 19, 20. В схеме предусмотрен вывод из работы каждого из них для питания ВЛ через обходную систему шин.

Элегазовый выключатель 110 кВ в этой схеме представлен на фото.

От него мощности передаются на воздушную ЛЭП к отдаленной подстанции 110/10. На фото ниже показаны ее основные силовые элементы начиная от конечной вводной опоры ЛЭП (для увеличения нажмите на рисунок):

Электроэнергия поступает к силовому трансформатору через разъединитель, отделитель, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Каждый из них выполняет определенные задачи:

• Измерительные ТТ и ТН оценивают вектора токов и напряжений в фазах первичной схемы с определенными метрологическими погрешностями, передают их во вторичные устройства защит, автоматики, измерений для последующей обработки;
• Разъединитель служит для ручного размыкания/включения силовой цепи при отсутствии нагрузки на силовых проводах схемы;
• Отделитель в автоматическом режиме отключает силовой трансформатор подстанции от линии в бестоковую паузу, которая создается при аварийных режимах в трансформаторе.

Для сравнения картины передаваемых мощностей и сложности конструкций посмотрите вид разъединителя на ОРУ-330 кВ. Его приводят в действие мощные трехфазные электродвигатели, управляемые автоматикой с цепями сигнализации.

В сети 380/220 вольт такое устройство — обыкновенный рубильник. Но вернемся к схеме подстанции 110/10 кВ.

Обратите внимание! Высоковольтного выключателя для устранения аварий на ней нет.

Однако это не значит, что вопросами безопасной эксплуатации пренебрегли. В силовом трансформаторе постоянно происходят сложные электромагнитные преобразования с выделением тепловой энергии и передачей больших электрических мощностей. Все это контролируется измерительными органами защит.

Они расположены на отдельных панелях.

При возникновении критических ситуаций электроэнергия с оборудования снимается со всех сторон: 110 и 10 кВ. Питающее напряжение отключается в этой схеме элегазовым выключателем, расположенным на подстанции 330/110 кВ.

Чтобы он сработал, используется короткозамыкатель (для увеличения нажмите на фотографию):

Это специальное устройство, которое служит исполнительным элементом защит силового трансформатора. Оно имеет подвижный заземленный нож с электромеханическим приводом.

При критическом режиме работы защиты, отслеживающие состояние процессов внутри трансформатора, выдают мощный импульс на электромагнит катушки короткозамыкателя. От него происходит воздействие на защелку пружинного привода, который срабатывает и накладывает нож короткозамыкателя на высоковольтные шины (принцип мышеловки).

В схеме возникает замыкание на землю. Ток от него чувствуют защиты элегазового выключателя на удаленной питающей подстанции. Их автоматика отключает выключатель на определенный интервал времени в несколько секунд.

За это время на всех подстанциях, подключенных к этой ЛЭП, создается бестоковая пауза. В течение ее защиты и автоматика рассматриваемого трансформатора выдают команду на привод отделителя, который автоматически разводит свои ножи, разрывая схему подачи напряжения к силовому трансформатору, чем окончательно «гасит подстанцию».

Все эти операции занимают порядка 4 секунд. По их истечению автоматика удаленного выключателя производит его включение с подачей напряжения на линию. Но на поврежденный силовой трансформатор оно не дойдет из-за разрыва, созданного отделителем. А все другие потребители продолжат получать электроэнергию.

Обратные коммутации короткозамыкателем и отделителем выполняются вручную оперативным персоналом после анализа работы автоматики по результатам действий цепей сигнализации.

Таким способом повышается надежность оборудования, снижаются потери при передаче электроэнергии в электрических сетях.

Вспомогательная система питания постоянного тока

Вспомогательная система питания постоянного тока, состоящая из зарядного устройства, аккумуляторной батареи, системы распределения постоянного тока и системы мониторинга, является важной частью электрической подстанции.

Вспомогательный источник питания постоянного тока необходим на подстанции для обеспечения непрерывной работы критически важного оборудования даже при отключении основного источника переменного тока.

Когда автоматический выключатель размыкается и прерывает подачу питания в фидере, это приводит к прерыванию подачи питания на сам выключатель. Таким образом, выключатель больше не может включаться электрически, если не имеется вспомогательного источника питания, который гарантирует, что выключатель может продолжать работать при отключении основного источника питания.

Для этого аккумуляторная батарея накапливает энергию с помощью подходящего зарядного устройства и снабжает нагрузки постоянного тока непрерывно или во время сбоя питания через систему распределения постоянного тока при надлежащем мониторинге и управлении в соответствии с требованиями.

Схема 10 кВ

Из силового трансформатора преобразованная энергия 10 кВ поступает на ввод в КРУН — комплектное распределительное устройство наружного исполнения и распределяется через систему шин и выключатели с защитами и автоматикой по воздушным или кабельным магистралям.

Отходящие от КРУН воздушные ЛЭП-10 кВ видны на фото.

Воздушная ЛЭП 10 кВ на местности вдоль автомобильной дороги.

К таким линиям подключаются подстанции 10/0,4 кВ.

Трансформатор 10/0,4 кВ

Устройство и размеры силовых трансформаторов, преобразующих электроэнергию с напряжением 10 кВ в 380 вольт, зависят от выполняемых ими задач и передаваемых мощностей. Их внешние габариты можно оценить по нескольким фото.

Конструкция в отдельном закрытом сооружении для многоэтажных зданий в поселке.

Металлические закрытые шкафы 10/0,4 кВ в сельской местности.

Трансформатор 10/0,4 кВ в гаражном кооперативе (для увеличения нажмите на фотографию):

Как работают такие трансформаторы, происходит передача энергии потребителям, возникают потери при передаче электроэнергии в электрических сетях и осуществляется их компенсация, будет рассказано в следующей статье.

• Какие защитные устройства лучше: плавкие предохранители или автоматические выключатели?
• Как работают релейная защита и автоматика
• Современные инфракрасные нагревательные элементы

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями: