Общие вопросы производства и передачи электроэнергии

ПРЕДИСЛОВИЕ

Стратегия развития отечественной энергетики предусматри­вает дальнейший рост производства электроэнергии всеми элект­ростанциями России. К 2015 г. намечается достичь годовой выра­ботки электроэнергии 1460 млрд. кВт*ч.

Основными потребителями электроэнергии являются промыш­ленные предприятия и гражданские здания. Они расходуют более 78% всей электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране.

Ввод в действие новых предприятий, расширение существу­ющих, рост их энерговооруженности, широкое внедрение раз­личных видов электротехнологий во всех отраслях производств, огромное жилищное строительство выдвигают проблему рацио­нального электроснабжения потребителей.

Система распределения большого количества электроэнергии должна обладать высокими техническими и экономическими по­казателями и базироваться на новейших достижениях современ­ной техники. Поэтому электроснабжение промышленных предпри­ятий и гражданских зданий должно основываться на использова­нии современного конкурентоспособного электротехнического оборудования и прогрессивных схем питания, широком приме­нении автоматизации.

В учебнике обобщен опыт последних лет проектирования элек­троснабжения промышленных и гражданских зданий, приведены новые технические решения в этой области. Он содержит основ­ные сведения, позволяющие разобраться в сложном комплексе вопросов производства, распределения и потребления электро­энергии.

С его помощью студенты смогут самостоятельно выполнять рас­четы электрических сетей промышленных и гражданских зданий напряжением до 1000 В, распределительных воздушных и кабель­ных сетей напряжением свыше 1000 В, производить расчеты то­ков короткого замыкания, проверять выбираемое электрообору­дование и аппараты на устойчивость к действию токов короткого замыкания, составлять схемы распределения электроэнергии вы­сокого напряжения, рассчитывать электрические нагрузки и вы­бирать силовые трансформаторы, производить расчет и выбор ап­паратуры релейной защиты и автоматики подстанций и других электроустановок.

Особое внимание в учебнике уделено вопросам расчета элект­рических нагрузок, работе электроприемников, резервированию электроснабжения, повышению коэффициента мощности элект­роустановок, рациональной и эффективной системе их питания, требованиям охраны труда и техники безопасности.

Учебник может быть полезен также инженерно-техническим работникам, занимающимся проектированием и эксплуатацией промышленных и гражданских зданий.

ВВЕДЕНИЕ

Важную роль в развитии отечественной электротехнической про­мышленности и электроснабжения предприятий и гражданских объектов сыграли труды выдающихся русских ученых и изобрета­телей Б.С.Якоби, А.Н.Лодыгина, П.Н.Яблочкова, Ф.А. Пироцкого, Д.А.Лачинова, М.О.Доливо-Добровольского и др.

В 1834 г. член Петербургской Академии наук Б.С.Якоби пер­вым в мире изобрел электродвигатель постоянного тока. Большое влияние на развитие электротехники оказала изобретенная А.Н.Лодыгиным в 1872 г. (патент получен в 1874 г.) угольная лампа накаливания. Американский ученый и изобретатель Т.Эдисон про­извел свои первые опыты по электрическому освещению только в 1879 г. Талантливый русский инженер-изобретатель П.Н.Яблочков в 1876 г. получил патент на дуговую лампу без регулятора — элек­трическую свечу, которая положила начало первой практически применимой системе электрического освещения. Он также изоб­рел трансформатор и решил задачу питания группы дуговых ламп от одного генератора.

В 1874 г. Ф.А. Пироцкий произвел опыт по передаче электроэнергии на расстояние до 1 км. В 1880 г. он осуществил переда­чу электроэнергии по рельсам конной железной дороги в Петер­бурге.

Большое значение для развития электротехники имела статья Д.А.Лачинова «Электромеханическая работа» (1880 г.), опубли­кованная в журнале «Электричество», в которой он изложил по­ложения (тезисы), ставшие основой современной теории переда­чи электроэнергии.

Гениальный русский ученый и инженер М.О.Доливо-Добро-вольский заложил научные и инженерные основы современных электрических систем, создав установку трехфазного переменно­го тока и показав все его преимущества по сравнению с постоян­ным током. Первый генератор и приводимый им в движение элек­тродвигатель переменного тока были построены М.О.Доливо-До-бровольским в 1888 г. В 1891 г. он, используя водяную турбину мощностью 300 л. с. и приводимый ею в движение генератор трех­фазного тока мощностью 200 кВт, осуществил передачу электро­энергии по воздушной линии на расстояние 175 км. С помощью трехфазного трансформатора напряжение, создаваемое генератором, повышалось до 8500 В, а на конце линии передачи понижа­лось до 100 В. Передаваемая электроэнергия использовалась для освещения и приведения в движение электродвигателей на выс­тавке во Франкфурте-на- Майне.

К выдающимся изобретениям М.О.Доливо-Добровольского следует отнести также асинхронные трехфазные двигатели, явля­ющиеся и в настоящее время основными электродвигателями, применяемыми в промышленности. Они надежны в работе, про­сты по конструкции, дешевы в эксплуатации.

Электрификация играет важнейшую роль в развитии всех отраслей промышленности, является стержнем экономики страны. Отсюда следует необходимость опережающих темпов роста про­изводства электроэнергии.

В условиях разрухи, голода, гражданской войны Всероссийский съезд Советов утвердил в 1920 г. Государственный план электри­фикации России (ГОЭЛРО), который предусматривал в течение 10... 15 лет строительство 30 новых районных электростанций об­щей мощностью (750 МВт с доведением выработки электроэнер­гии до 8,8 млрд. кВт-Ч в год). Этот план был выполнен за 10 лет. С 1930 г. крупные городские районные тепловые электростанции (ГРЭС) стали постепенно объединять в энергетические системы, которые и в настоящее время остаются главными производителя­ми электроэнергии для подавляющего большинства промышлен­ных предприятий и городов нашей страны.

Принципом развития энергосистемы России является произ­водство электроэнергии на крупных электростанциях, объединя­емых в Единую энергосистему общей высоковольтной сетью 500... 1150 кВ.

До 1960 г. самые крупные генераторы тепловых электростанций (ТЭС) имели мощность 100 МВт. На одной электростанции устанавливали 6...8 генераторов. Поэтому мощность крупных ТЭС со­ставляла 600...800 МВт. После освоения энергоблоков (турбина-генератор) мощностью 150...200 МВт мощность крупнейших элек­тростанций повысилась до 1200 МВт. Переход на энергоблоки мощностью 800 МВт позволил увеличить мощность некоторых ТЭС (например, Пермской ГРЭС) до 4800 МВт.

В настоящее время в энергосистемах Российской Федерации эксплуатируются более 600 тыс. км воздушных и кабельных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше и 2 млн км напряже­нием 0,4... 20 кВ, свыше 17 тыс. подстанций напряжением 35 кВ и выше с общей трансформаторной мощностью почти 575 млн. кВ А и более полумиллиона трансформаторных пунктов 6...35/0,4 кВ общей мощностью 102 млн. кВ-А.

Сети Российского акционерного общества энергетики и элек­трификации «Единая энергетическая система России» включают в себя 39 тыс. км линий электропередачи напряжением 330 кВ и 6

выше, 119 подстанций напряжением 330 кВ и выше с общей транс­форматорной мощностью 125 млн. кВ*А.

Электроэнергетика России является важнейшей жизнеобеспе­чивающей отраслью страны. В ее состав входят более 700 электро­станций общей мощностью 215,6 млн. кВт; в отрасли работают более 1 млн. человек.

В современных условиях главными задачами специалистов, осу­ществляющих проектирование, монтаж и эксплуатацию совре­менных систем электроснабжения промышленных предприятий и гражданских зданий, являются правильное определение электри­ческих нагрузок, рациональная передача и распределение элект­роэнергии, обеспечение необходимой степени надежности элект­роснабжения, качества электроэнергии на зажимах электропри­емников, электромагнитной совместимости приемников элект­рической энергии с питающей сетью, экономия электроэнергии и других материальных ресурсов.

 

 

ГЛАВА 1

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ