Источники электрической энергии и системы электропередачи

В качестве источников электрической энергии используются различного рода электростанции, на которых электроэнергия вы­рабатывается с помощью трехфазных синхронных генераторов, приводимых во вращение соответствующими первичными двига­телями.

В зависимости от типа первичного двигателя и способа преоб­разования различных видов энергии различают тепловые (в том числе атомные) и гидравлические электростанции.

На тепловых электростанциях (ТЭС) в качестве первичного дви­гателя используются двигатели внутреннего сгорания, паровые и га­зовые турбины. Наибольшее распространение в настоящее время получили тепловые электростанции с паровыми турбинами.

Электростанции с паровыми турбинами различаются в зависи­мости от их назначения и месторасположения. Районные электро­станции (ГРЭС) располагаются в районе запасов энергетических ископаемых (угля, торфа, нефти, газа). Эти электростанции, как правило, используются для снабжения электроэнергией потреби­телей, расположенных вдали от них. При этом паровые турбины ГРЭС обычно работают в конденсационном режиме, при котором пар последовательно проходит через все ступени турбины, после чего конденсируется в предназначенном для этого конденсаторе.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) располагаются в районе потребле­ния энергии. ТЭЦ предназначены для снабжения потребителей как электрической, так и тепловой энергией. В отличие от ГРЭС, па­ровые турбины ТЭЦ работают с промежуточным отбором пара или с противодавлением. При этом отработанные пар и горячая вода используются для отопления и в технологическом процессе соответ­ствующих производств.

Тепловые атомные электростанции (АЭС) предусматривают ис­пользование в качестве топлива ядерного горючего. Эти электро­станции не требуют массивов топлива, так как 1 кГ ядерного горючего эквивалентен 2,8 тыс. тонн высококачественного угля.

В настоящее время проектируются и строятся АЭС мощностью выше 1 МВт. Следует заметить, что строительная стоимость тепло­вых электростанций достаточно высока, однако они могут быть сооружены в необходимом количестве в довольно короткие сроки, что является их преимуществом.

Электростанции с двигателями внутреннего сгорания имеют относительно небольшую мощность и применяются для обеспе­чения электроэнергией небольших населенных пунктов и мелких промышленных предприятий, не получающих электроэнергии от мощных энергосистем, а также в качестве резервных источников питания.

Подобные электростанции относятся к местным электростанци­ям (МЭС). На местных электростанциях в зависимости от условий в качестве первичного двигателя могут быть использованы мало­мощные двигатели различных типов (бензодвигатели, гидротурби­ны и ветродвигатели).

Гидроэлектростанции (ГЭС) располагаются в местах водных потоков, энергию которых возможно использовать. В качестве первичного двигателя на ГЭС используются гидравлические тур­бины.

Строительная стоимость ГЭС обычно весьма высокая, а время, необходимое для их сооружения, исчисляется годами. Однако элек­тростанции подобного типа довольно быстро окупаются, так как стоимость электроэнергии, вырабатываемой на них, в несколько раз ниже стоимости электроэнергии, вырабатываемой на тепловых электростанциях.

Питание потребителей электроэнергии от электростанций осу­ществляется с помощью системы электроснабжения, включающей в себя линии электропередачи, трансформаторные подстанции, устройства для включения, отключения и защиты.

В целях обеспечения надежного электроснабжения потребителей электроэнергией, обеспечения возможности ремонта систем элект­роснабжения и источников электрической энергии без нарушения электроснабжения, а также в целях рационального использования электрооборудования, электростанции промышленных районов объединяют между собой высоковольтными линиями электропере­дач в энергетические кольца.

Осуществление взаимосвязи, имеющейся между источником электроэнергии, системой электроснабжения и потребителем элект­рической энергии приведено на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Принципиальная схема электроснабжения промышленного района

Электростанция промышленного района (ТЭЦ, ГРЭС, ГЭС) с помощью высоковольтных воздушных линий электропередачи (ЛЭП) канализирует вырабатываемую электроэнергию к высоко­вольтному кольцу с несколькими распределительными подстан­циями (РПС). От подстанций электрическая энергия по высоковольтным воздушным или кабельным линиям подается к централь­ному распределительному пункту (ЦРП) предприятия и далее к рас­пределительным пунктам (РП) цехов.

Представление о системе электроснабжения производственного предприятия можно составить, рассмотрев примерную электричес­кую схему (рис. 3.11) и соответствующий ей план расположения электрооборудования (рис. 3.12).

Синхронный генератор Г электрической станции вырабатывает электроэнергию в виде энергии трехфазной системы тока при напря­жении 6 или 10 кВ. С помощью кабеля энергия подается к повы­шающему трансформатору Т₁, который повышает напряжение до110, 220, 400, 500, 750 кВ. Энергия высокого напряжения через выключатель ВМ и разъединитель Р по линии электропередачи (ЛЭП) подается на районную распределительную подстанцию (РПС), откуда по кабелю, разъединителю Р и высоковольтному выключателю ВМ она поступает к понижающему трансформатору Т₂ центрального распределительного пункта (ЦРП) промышлен­ного предприятия.

Рис. 3.11. Схема электроснабжения производственного предприятия

Здесь высокое напряжение понижается до напря­жений 6, 10 или 35 кВ и подается на шины распределительного устройства (РП), а оттуда через соответствующую аппаратуру в це­ховой распределительный пункт, где с помощью понижающего трансформатора Т₃ напряжение понижается до 127; 220; 380, 500 или 660 В и подается на шины цехового распределительного пункта РП и далее к потребителям электроэнергии (электродвига­телям Д, электрическим печам ЭП, осветительным приборам Л и т.п.).

Рис.3.12. Схема размещения электро-оборудования системы электроснабжения произ­водственного предприятия