ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях за счет преобразования какого-либо другого вида энергии.
В СНГ большая часть электрической энергии вырабатывается на мощных тепловых государственных районных электростанциях — ГРЭС и на крупнейших в мире гидроэлектростанциях ГЭС . Например, Волжская гидростанция имени В. И. Ленина мощностью 2,3 млн. квт, Волжская ГЭС имени XXII съезда КПСС мощностью 2,6 млн.квт, Братская — 4,5 млн. квт и др.
ГРЭС и ГЭС находятся в районах расположения природных запасов энергии — торф, бурый уголь, падающая вода, в большинстве случаев удаленных от потребителей электроэнергии.
Значительно меньшая доля вырабатываемой энергии приходится на станции второй группы — станции местного значения. Это станции, расположенные в непосредственной близости к потребителям; к ним относятся так называемые теплоэлектроцентрали — ТЭЦ, вырабатывающие электрическую и тепловую энергию, станции промышленных предприятий, городские, сельскохозяйственные и др. Они имеют значительно меньшие мощности от десятка тысяч киловатт до сотен и десятков киловатт.
Рис 19-1. Схема передачи и распределения электроэнергии.
Все районные электростанции, ТЭЦ и большая часть станций местного значения являются станциями трехфазного тока.
Потребность в постоянном токе некоторых производств, например электрохимии, электрометаллургии и электрифицированного транспорта, удовлетворяется путем преобразования трехфазного тока в постоянный ток на преобразовательных подстанциях, оборудованных выпрямителями.
Станции местного значения небольшой мощности в большинстве случаев работают самостоятельно без связи с другими станциями.
Большинство же станций объединяются для общей совместной (параллельной) работы. Такие объединения принято называть энергетическими с и с т е м а м и — энергосистемами.
Энергосистема имеет более благоприятный график работы, т. е. имеет меньшие колебания нагрузки, чем отдельные станции. При объединенной работе станций возможно более рационально распределить нагрузку между станциями и значительно уменьшить мощность резервных агрегатов. Энергосистема позволяет снизить себестоимость электроэнергии, и сократить расходы топлива за счет наиболее полного использования ГЭС. Объединение электростанции в энергосистемы является характерной особенностью развития советской энергетики.
Энергетические системы соседних районов, развиваясь, также объединяются. Они соединяются высоковольтными линиями электропередачи, образуя мощные объединенные энергетические системы. Так, например, объединение Московской, Горьковской, Ивановской и Ярославской энергосистем привело к созданию объединенной энергосистемы Центрального района.
На современном этапе развития происходит дальнейшее объединение энергосистем при помощи единой высоковольтной сети (ЕВС) в Единую энергетическую систему (ЕЭС) страны.
После ввода в эксплуатацию Волжских ГЭС имени В. И. Ленина и имени XXII съезда КПСС и первых звеньев ЕВС электропередач, которые связали эти волжские электростанции — гиганты с энергосистемами центра, ЦЧО, Юга и Урала, создана первая очередь ЕЭС европейской части бывшего СССР.
В текущем семилетии развертываются также работы по созданию ЕЭС Центральной Сибири, от Иркутска до Новосибирска, решающая роль в которой принадлежит Братской и Красноярской ГЭС.
В дальнейшем, к 1970 г., ЕЭС Центральной Сибири будет объединена с ЕЭС европейской части СНГ и таким образом будет образована ЕЭС СНГ. Создание и развитие ЕЭС обеспечит наилучшее сочетание и использование различных видов энергетических ресурсов и энергетического оборудования, наилучшую маневренность и экономичность энергетической базы народного хозяйства СНГ. Промышленные приемники электроэнергии (двигатели) небольшой мощности изготовляются на номинальное напряжение 220—380—660 в, а при мощности от 70 квт и выше на напряжение 3—6—10 кв.
Большинство бытовых приемников изготовляется на номинальное напряжение 110—127—220 в.
Таким образом, напряжения 220—380—660 в являются основными для сетей низкого напряжения промышленных предприятий, городов и колхозов.
Станции местного значения небольшой мощности, расположенные вблизи потребителей работают при том же напряжении, что и потребители (220—380—660 в), т. е. передача энергии происходит без трансформации ее. Станции местного значения повышенной мощности работают при напряжениях 3—6—10 кв. Часть энергии этих станций непосредственно направляется к высоковольтным приемникам, имеющим то же номинальное напряжение. Другая часть энергии передается в район потребления по сети с напряжением 127, 220, 380 или 660 в.
При передаче энергии ГРЭС и частично ТЭЦ энергия от генераторов с номинальным напряжением 10—15 кв поступает на трансформаторные повысительные подстанции. После повышения напряжения на подстанции до 35—110—220—330—500 кв энергия по высоковольтной линии передачи направляется в район потребления на понизительные подстанции 35—110—220—330—500 кв/6—10 кв. Затем энергия по сети с напряжением 6—10 кв частично направляется к высоковольтным приемникам, частично на понизительные подстанции 6—10 кв/220—380 в,откуда по сети с напряжением 220 и 380 в подводится к потребителю.
На рис. 19-1 показана одна из возможных схем передачи электроэнергии. Схема дана однолинейной, т. е. три фазы линии передачи изображены одной линией.
Напряжения линий передачи выбираются с таким расчетом, чтобы передача энергии происходила с малыми потерями при наименьшей стоимости передачи и наименьшей затрате проводниковых материалов.
Мощность, передаваемая по линии трехфазного тока:
Р = √3 UI cos φ.
Мощность потерь в проводах
∆Р = 3I2r = 3I2ρ(l/S)
Если выражать мощность потерь в процентах передаваемой мощности, то
∆Р% = ∆Р/P 100% = P/(U2cos2φ)ρ(l/S)100%
Из полученного выражения следует, что с увеличением мощности и расстояния, на которое передается электроэнергия, для уменьшения потерь энергии необходимо повышать напряжение.
Таблица 19-1
Зависимость напряжения от мощности и дальности передачи
| Напряжение, кв | Передаваемая мощность, кет | Расстояние, км |
| 0,22 | 50—100 | До 0,2 — |
| 0,38 | 100—175 | » 0,35 |
| 6 | 2 000—3 000 | » 5 |
| 10 | 3 000—5 000 | » 10 |
| 35 | 5 000—10 000 | » 25-40 |
| 110 | 10 000—50 000 | » 50—150 |
| 220 | 100 000—150 000 | » 200—300 |
| 300 | 150000—1 000 000 | » 300—400 |
| 500 | 1 000 000 и выше | Более 400 |
Практика выработала некоторые ориентировочные соотношения между напряжением, мощностью передачи и длиной линии передачи (табл. 19-1).
Эти цифры получены с учетом требований экономии проводникового материала и стоимости изоляции при увеличении напряжения линии передачи.
Статья на тему Передача электрической энергии