Урок 12. преобразование и передача электроэнергии — Естествознание — 11 класс

Естествознание, 11 класс

Урок 12. Преобразование и передача электроэнергии

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

• Какие способы передачи энергии на расстояние существуют?
• Чем обусловлены потери энергии при передаче?
• Чем выгоден каждый способ передачи электроэнергии?
• Как уменьшить потери при передаче электроэнергии?

Глоссарий по теме:

Электромагни́тная инду́кция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении материальной среды в магнитном поле.

Правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей.

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея).

Какова бы ни была причина изменения магнитного потока, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре Э.Д.С. индукции определяется формулой:

Первичной обмоткой называется та, на которую подается исходное напряжение от какого-либо источника переменного тока. Вторичная обмотка – обмотка, которая служит источником питания для потребителя. Обычно первичную обмотку обозначают индексом 1, а вторичную – индексом 2.

Трансформатор (от лат.transformare — «превращать, преобразовывать») — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Обязательная литература:

1. Александров, А. П. Атомная энергетика и научно-технический прогресс / А.П. Александров. — М.: Наука, 2015. — 272 c.
2. Арутюнян, А. А. Основы энергосбережения / А.А. Арутюнян. — М.: Энергосервис, 2016. — 600 c.
3. Демидов, В. И. Тепла Вам и света / В.И. Демидов. — М.: Лицей, 2009. — 254 c.

Дополнительные источники:

1. https://moiinstrumenty.ru/elektro/obmotka-transformatora.html
2. Якобсон, И.А. Испытания переключающих устройств силовых трансформаторов / И.А. Якобсон. — М.: Наука, 2006. — 56 c

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В современном мире трудно представить себе даже несколько минут без электричества. Многие жизненно важные приборы, а также бытовая техника потребляют электроэнергию. Проблема передачи электроэнергии на различные расстояния: от маленьких деревень до многомиллионных городов до сих пор остается актуальной. Как это осуществить с минимальными потерями и наиболее эффективно?

Развитие цивилизации и научно-технический прогресс, связанный с использованием двигателей, потребовал решения не только задач производства энергии, но также задачи передачи энергии на расстояние. С давних пор известно два способа передачи топлива для двигателей: транспортный и более экономичный – трубопроводный, применяемые до сих пор. Но самый эффективный способ – по проводам. Французский физик М. Депре построил первую линию электропередачи в 1880 г. Однако, и этот способ не позволяет избежать потерь, связанных с нагревом подводящих проводов.

При простейшем способе передачи, когда источник электроэнергии (электрогенератор) связан проводами с потребителем, процесс передачи можно изобразить схемой, приведенной на Рис. 1

Рис.1

Обозначая полезную потребляемую мощность (мощность на нагрузке) через Wн, а паразитную мощность, идущую на нагревание проводов через Wп, получим для них выражения:

W_н = I²R

н

W_п = I²R_п

Из этих формул видно, что отношение мощностей равно отношению сопротивлений.

Чтобы уменьшить потери сопротивление подводящих проводов стараются сделать как можно меньше. Провода делают из хорошо проводящего материала – в основном из алюминия или меди и достаточно толстыми.

Уменьшить потери энергии в проводах по сравнению с энергией, которую нужно передать, можно, если уменьшить ток, текущий в проводах, по сравнению с током, который течет в приборах потребителя. Сделать это позволяет трансформатор, принцип действия которого основан на взаимопреобразовании электрического и магнитного полей. Трансформатор, история применения которого насчитывает почти полтора века, все это время служит человечеству верой и правдой. Его назначение — преобразование напряжения переменного тока. Это одно из немногих устройств, КПД которого может достигать почти 100%.

Самый простой трансформатор — это сердечник из ферромагнитного материала с большой магнитной проницаемостью (например, из электротехнической стали) и две намотанных на него обмотки (рис. 2). При пропускании через первичную обмотку переменного тока силой I₁ в сердечнике возникает меняющийся магнитный поток Ф, которым пронизывается как первичная, так и вторичная обмотка.

В каждом из витков этих обмоток находится одинаковая по численному значению ЭДС индукции. Таким образом, отношения ЭДС в обмотках и витков в них одинаковы. На холостом ходу (I

2 = 0) напряжения на обмотках практически равны ЭДС индукции в них, следовательно, для напряжений также выполняется соотношение:

U₁ / U₂ ≈ N₁ / N_2, где

N₁ и N₂ — число витков в обмотках.

Отношение U₁ / U₂ называют еще коэффициентом трансформации (k). Если U₁ < U₂, трансформатор называют повышающим, при U₁ > U₂ — понижающим (рис 2). У первого трансформатора коэффициент трансформации больше, а у второго — меньше единицы. Поскольку КПД трансформатора близок к 100%, мощность в цепи первичной обмотки приблизительно равна мощности в цепи вторичной обмотки:

U₁I₁=U₂I₂

Следовательно, ток во вторичной обмотке меньше, чем ток в цепи потребителя. Так как потери на нагрев проводов в линии электропередачи пропорциональны , уменьшение тока в проводах линии электропередачи позволяет уменьшить потери энергии.

Один и тот же трансформатор, в зависимости от того к которой обмотке прикладывается, а с какой снимается напряжение, может быть как повышающим, так и понижающим.

Рис 2. Повышающий трансформатор (k < 1)

Рис 3. Понижающий трансформатор (k > 1)

При U

₂>>U₁, U₂>>U₃ и, соответственно, I₂<<I₁, I₂<<I₃ потери электроэнергии на нагрев проводов значительно уменьшаются.

Но и трансформаторы не идеальные устройства. Реальные трансформаторы, работающие в системе передачи электроэнергии достаточно сложны и внутри их помимо полезного, возникают и вредные токи, снижающие эффективность передачи.

Поэтому не прекращаются поиски усовершенствования выработки и передачи электроэнергии.

Рис.4 Устройство трансформатора

Рис.5. Сверхпроводники

Выводы:

• Передача энергии на расстояние в виде электроэнергии является в настоящее время наиболее удобным и дешевым способом передачи энергии.
• Использование трансформаторов и увеличение напряжения в проводах линий электропередачи, позволяет существенно снизить потери энергии при передаче электроэнергии.
• Ученые постоянно работают над проблемой сбережения энергии при ее передаче, например, использование сверхпроводников. Но многие проекты находятся еще на стадии разработки.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1: Подчеркните правильные ответы: «Чтобы уменьшить потери сопротивление подводящих проводов стараются сделать как можно __________. Провода делают из хорошо проводящего материала – в основном из ________ или ее сплавов и достаточно_________».

Варианты ответов: больше, меньше, стали, меди, толстыми, тонкими.

Правильный вариант: Чтобы уменьшить потери сопротивление подводящих проводов стараются сделать как можно меньше. Провода делают из хорошо проводящего материала – в основном из меди или ее сплавов и достаточно толстыми.

Задание 2: Решите кроссворд.

По горизонтали
2. статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты, называют….

3. обмотка, на которую подается исходное напряжение от какого-либо источника переменного тока.

По вертикали
1.обмотка, которая служит источником питания для потребителя.

Правильный вариант:

как осуществляется передача электроэнергии от электростанции к потребителю

ПОЖАЛУЙСТА СРОЧНО!! ДАЮ 60 БАЛЛОВЗадание 1 (15 баллов).Перевести величины в СИ:1. 114 см2.2. 0,0015 км3.3. 11 ч.4. 750 мг.5. 1,5 л.6. 8 дней.7. 5 мс8. … 50 км2.Задание 2 (10 баллов).Определите цену деления и показания у приведенных ниже мензурок с учетом погрешности. СКРИН ПРИКРЕПИЛА!!!!!!! Задание 3 (15 баллов).Предлагаемую ниже таблицу расчертите на бланке и аргументированно укажите, в какой столбец (один или несколько) Вы впишете следующие явления: тиканье часов, летит пуля, горит свеча, раскаты грома, ползет черепаха, пчелы жужжат, эхо, планшет заряжается, фейерверк, фары освещают дорогу, батарея обогревает комнату, течет река, солнце нагревает поверхность пустыни, лунное затмение, кипит чайник.МеханическиеТепловыеЗвуковыеЭлектрическиеСветовыеЗадание 4 (20 баллов).Чтобы определить диаметр проволоки, ученик вплотную намотал 40 витков проволоки на карандаш, которые заняли 1/3 длины карандаша. Какой диаметр проволоки (в мм), если длина карандаша 12 см?Задание 5 (15 баллов).Дети во время похода попали в грозу. Они обратили внимание на то, что гром слышен всегда после удара молнии. Какую гипотезу можно выдвинуть на основании этих наблюдений?Задание 6 (15 баллов).Вам поставили задачу: найти средний диаметр частичек риса. Как с помощью линейки и стакана данной крупы можно достаточно точно определить средний диаметр частичек риса?Задание 7 (10 баллов).Изобразите циферблат с ценой деления1) 2 часа.2) 20 минут.

ДАЮ 30 БАЛЛОВ НУЖНА ПОМОЩЬ В ТЕСТЕ

ДАЮ 25 БАЛЛОВ, СРОЧНО!

Тело было выпущено вертикально вверх со скоростью 30 м / с. К моменту съемки, что Будет ли его скорость на высоте 15 м / с? Равно 0

Какую максимальную скорость может дать сжатая пружина с потенциальной энергией 40 Дж? 500 грамм на массу тела?

Каково центростремительное ускорение тела, движущегося по окружности, радиусом 50 дм со скоростью 10 м/сек?​

со скольки километров надо сбросить 1000 кг чтобы разогнать его до скорости звука?​

Камень какого веса и массы способен поднять мальчик на Луне , если на Земле он может поднять камень весом 160 Н ? gз=10 м/с^2 , gл=1,6 м/с^2?​

распишите пожалуйста решение, очень нужно

Сколько электронов действует на заряд , помещённых в однородное поле напряжённостью 20000 Н/Кл по действием силы 0.32 нН (Ответ выразите в степени 5)* … ​ А)1 В)8 С)32 В)16

Передача электричества без потерь ⋆ Geoenergetics.ru

На самых первых этапах появления электростанций для тех, кто их разрабатывал и строил, все было просто и незатейливо – вот тут строим электростанцию, а вот здесь будет здание, в котором будет гореть свет, работать станки. Один производитель электроэнергии и один потребитель, нужно только решить проблему с разводкой электричества между розетками да выключателями.  Но такой схема оставалась очень недолго, поскольку она «страдала» сразу по двум логическим предпосылкам.

Развитие электротехники позволяло наращивать мощность электростанций – они были способны генерировать электроэнергии куда больше, чем требовалось единственному потребителю. Но и потребителю, который получал электроэнергию только из одного источника, тоже было неуютно, поскольку любая авария на электростанции мгновенно приводила к полному обесточиванию. Поскольку блок «логика» в мозговой аппарат физиков, инженеров, конструкторов встроен намертво, в нашей с вами реальности схема «один источник – один потребитель» исчезла раз и навсегда. Энергосистема даже, скажем, федерального округа нашей страны, гораздо более наворочена, а в масштабах всей России сложность ещё увеличивается. Как известно, с увеличением сложности любой технической системы снижается её отказоустойчивость, однако с энергосистемой не просто не так, а ровно наоборот.

От простого — к сложному, все более надежному

Строить у каждого, даже небольшого, городка свою электростанцию, конечно, прикольно. И раньше, во времена до ГОЭРЛО, всё именно так и было, но уже в то время схема электроснабжения простой не была – у каждой электростанции внутри города потребителей было куда как больше одного, то есть уже тогда энергетики разрабатывали и конструировали те самые подстанции и трансформаторные «будки», о которых мы уже говорили. Но с ростом масштабов потребности в энергии, с ростом промышленности, со строительством новых поселков и городов схема «одна электростанция – один город» работать перестала. Во-первых, несмотря на всю простоту, вариант питания каждого объекта от одной электростанции очень ненадёжен. Случись что непосредственно на электростанции – без электричества останется целый город, поскольку больше взять энергию негде. Снова на полную мощность включился блок «логика» в головах энергетиков-проектировщиков, подсказавший единственно возможное решение: необходимо объединить несколько электростанций, построенных в разных местах, в общую систему, связать их мощными линиями электропередачи и от этой системы питать потребителей. При таком раскладе остановка любой электростанции влечет за собой только снижение наличной мощности системы, но полного отключения не будет. Такой же эффект проявляется и при любой аварии или плановом отключении на линиях электропередачи. Достаточно просто изменить схему подачи напряжения по оставшимся линиям, и потребители ничего не заметят. Если коротко, несмотря на рост сложности системы энергообеспечения, вот парадокс, растёт и надёжность.

В идеале все генерирующие мощности всей страны желательно объединить в единую энергосистему. Это дает колоссальное преимущество, как по резервированию источников энергии, так и по многообразию вариантов подачи энергии потребителям. В России именно так всё и устроено, при этом стоит помнить о том, что устроено рационально, логично – система электроснабжения проектировалась и создавалась во времена плановой экономики, когда энергетики точно знали, где, сколько и каких промышленных потребителей возникнет в ближайшую пятилетку, когда проблемы землеотведения решались в десятки раз быстрее, чем теперь. Еще одно достоинство, которым мы пользуемся со времен планового развития экономики – наличие резервных мощностей на электростанциях, которые создавались не только на случай плановых ремонтов, но и для того, чтобы надежно страховаться от всяческого рода ЧП. Строительством электростанций командовало соответствующее министерство, для специалистов которого вопрос о зарабатывании прибыли за счет продажи электроэнергии волновал крайне незначительно, поскольку прибыль снималась в конце производственных цепочек, энергетики должны были выполнять главные для них задачи – гарантировать энергообеспеченность и ее надежность. Обратная сторона этой «медали» — то, что об энергосбережении в те времена думали на уровне лозунгов,  опыт последних лет показывает, что «агитация рублем» действует куда как более результативно.

Единая Энергосистема РФ имеет и ещё одну интересную особенность, на которую обычно не обращают внимания, но о которой немало лет думали специалисты Энергетического института, который в 1930 году создал и более четверти века возглавлял Глеб Максимилианович Кржижановский, главный инициатор разработки плана ГОЭЛРО.  Наша страна очень велика, она занимает целых 12 часовых поясов, когда на востоке полночь, на западе полдень. Нетрудно понять, что потребление электроэнергии сильно зависит от времени суток: обычно пик потребления и расхода мощности приходится на утро и вечер. Единая Энергосистема позволяет компенсировать пиковые нагрузки: скажем, вечером на Дальнем Востоке перетоком мощности из европейской части страны, и наоборот. В результате все электрохозяйство работает без перегрузок, в штатном режиме, с относительно постоянной производительностью. Особенно важно это для генерирующих мощностей, электроэнергия на которых вырабатывается со стабильным расходом, без бросков в нагрузке. Еще одно следствие того, что ЕЭС СССР разрабатывалась и создавалась именно по такой схеме – то, что в стране не требовалось строить дополнительные генерирующие мощности, предназначенные для того, чтобы успешно проходить часы пиковых нагрузок. Зачем нужна электростанция, которая будет работать только утром и вечером, когда меня надежно страхуют электростанции соседних часовых поясов? Итог одновременного использования достижений энергетики как науки, роста технологий, логики и планового характера развития экономики был парадоксален: самая северная страна мира имела самую дешевую в мире электроэнергию.

Возвращение экономики рыночной, приватизация заводов, фабрик, сельскохозяйственных предприятий, закрытие немалой их части и бессистемное появление новых, состоявшееся в 90-х годах минувшего века, лишило Россию этого конкурентного преимущества. Для ЕЭС, конечно, была важна не форма собственности того или иного предприятия, а его стабильная, предсказуемая работа, которая в то время исчезла полностью. Итог – разбалансировка системы, которую удалось в той или иной мере восстановить только в результате реформы ЕЭС. Эта реформа была не неким «абсолютным злом», а суровой необходимостью. Другой вопрос, что мы имеем в результате, но это уже совсем другая история.

Очевидно, что электростанции выгодно строить в местах, где есть или источник энергии для них (горючее топливо или река) и/или мощный потребитель, например, завод по производству алюминия, «жрущий» электроэнергию для своих технологических процессов в чудовищных объёмах. Кроме того, электростанция по возможности должна как можно более мощной, поскольку вырабатываемая ею электроэнергия в этом случае получается наиболее дешевой. Подавать электричество потребителям потребуется, как мы уже говорили выше, с помощью линий электропередачи, с учетом масштабов России эти линии иногда могут иметь протяженность в сотни и даже тысячи километров. Как же передать энергию на такие расстояния, по возможности максимально надёжно и с минимальными потерями?

Мало произвести – нужно уметь передать

Существует несколько способов передачи электрической энергии на расстояния. Например, бесконтактным способом, с помощью электромагнитной индукции. Носителем энергии в этом случае является электромагнитное поле — электрический ток в катушке источника преобразуется в электромагнитную энергию, которая в катушке приемника преобразуется обратно в электрический ток. Данный способ имеет и преимущества, и недостатки. Основным преимуществом является отсутствие физического носителя для энергии – проводники как таковые отсутствуют. Но такая технология имеет крайне существенный недостаток: низкий КПД, поскольку энергия очень сильно рассеивается по пути от источника к приемнику (убывает пропорционально квадрату расстояния между ними), и, стало быть, эффективна только на очень небольших расстояниях. Примером использования такой технологии может служить беспроводная зарядка для мобильного телефона или индукционная электроплита. В обоих случаях источник и приёмник расположены практически вплотную. Как нетрудно понять, для передачи энергии на большие расстояния такой способ не годится, для этого требуется носитель, по которому пойдет электрический ток.

Линии электропередачи

Носителем может быть проводник, чаще всего металл, у которого должно быть как можно меньшее внутреннее сопротивление электрическому току. Если сопротивление проводника будет сколь-нибудь заметным, то такой проводник будет нагреваться, то есть передаваемая энергия станет тратиться попусту, а это недопустимо. Наименьшим сопротивлением и, соответственно, наибольшей проводимостью из всех известных на данном этапе широко распространенных материалов является медь, кабели и провода из этого красного металла известны всем. Однако использовать медь для протяженных линий электропередачи невыгодно: медь тяжелая и достаточно дорогая. Поэтому самым удобным материалом, идущим на изготовление проводов ЛЭП (линий электропередач), является алюминий. Да, его проводимость хуже, чем у меди, зато алюминий дешевле и гораздо легче. Увы, алюминий мягок и не так прочен, как медь, да к тому же покрыт оксидной плёнкой, которая является пусть очень слабенькой, но электроизоляцией. Но эти недостатки можно компенсировать, не тратя на это значительные средства. Прочность проводов повышают, делая их кручеными из пучка тонких жил и добавляя в середину такого пучка одну или несколько стальных проволок, в местах контактов алюминий густо смазывают чем-нибудь жирным, например, техническим вазелином или консистентной смазкой, прямо под слоем смазки зачищают металлической щёткой и сразу же скрепляют контактное соединение. Оксидная плёнка без доступа воздуха не образуется, и это резко снижает сопротивление в контактах.

Нелишним будет напомнить, что электроэнергию можно передавать как по проводам воздушной линии, так и по кабелю. Под кабелем мы понимаем токонесущие жилы (как правило, алюминиевые), покрытые на всей длине кабеля индивидуальной изоляцией, и сверху укутанные общей оболочкой. Кабель обычно прокладывается в земле или под водой, однако иногда лёгкие кабели небольших сечений могут быть смонтированы и на опорах. Провода воздушных линий изоляцией не покрывают, это просто голый металл. От конструкций опор и друг от друга они отделяются изоляторами — фарфоровыми, стеклянными или полимерными. И воздушные линии (ВЛ), и кабельные (КЛ) имеют как преимущества, так и недостатки. ВЛ очень легко контролировать — все ее части, кроме фундаментов опор, находятся на виду. Как правило, ВЛ в габаритах своих конструкций мало ограничены, поэтому напряжение по ним можно передать любое, в том числе и очень высокое, надо только правильно изоляцию подобрать. Найти место повреждения на ВЛ просто, его видно сразу, ремонтировать провода также легче – достаточно их просто соединить. Да и повредить ВЛ вследствие того, что обычно они хорошо видимы, сложнее. С другой стороны, ВЛ – это достаточно высокие конструкции, а значит, подвержены ударам молний, поэтому на них в обязательном порядке должна иметься грозозащита. На мощных высоковольтных ВЛ даже специальный провод в верхних точках опор по всей длине трассы бывает натянут — именно для защиты от молний.  Кроме того, на ВЛ действует ветровая нагрузка, зимой еще и снеговая, обязательно учитывают то и другое, как и то, что вдоль каждой ЛЭП, идущей по лесу, необходимо устраивать просеки – для предупреждения риска падения деревьев на ЛЭП и для того, чтобы не возникали проблемы в случае лесных пожаров. Потребитель пошел избалованный, ему свет и ток в розетке нужен и в снег, и в дождь, и в бурю с ураганом. Что характерно – пока все в порядке, про электриков вспоминают, как говорится, раз в сто лет, а когда вспоминают по причине отсутствия электричества, то вспоминают словами такими красочными, что их и печатать-то нельзя, и только постоянные читатели Аналитического онлайн-журнала Геоэнергетика.ru каждое утро начинают со слов «Слава и почет энергетикам!».

Прокладка кабельных линий под землёй

КЛ обычно проложены в земле, потому ударам молний с ураганными ветрами не подвержены вообще. Однако напряжение в КЛ, как правило, ограничено. Достаточно распространены маслонаполненные кабели на 220 кВ, кабели на более высокое напряжение существуют, но они очень и очень дороги и используются в редчайших случаях, когда другие вариантов электроснабжения не существует. Один пример возникновения такой ситуации хорошо известен – после того, как Украина устроила «электрическую блокаду Крыма», наш полуостров был обеспечен материковой электроэнергией именно при помощи кабелей. Кроме того, трасса КЛ не видна, и, если нет ее точной привязки и соответствующей разметки, то КЛ легко повредить при проведении земляных работ. Такие проблемы, надо отметить, случаются сплошь и рядом, когда раскапывают какой-нибудь водопровод, и рвут ковшом экскаватора случайно оказавшийся в раскопе никому не известный кабель. Кабели, особенно высоковольтные, весьма сложны в ремонте, требуют применения специфических материалов и грамотных специалистов.

В общем, способов, как именно передать электроэнергию, существует несколько, и какой из них предпочесть, решают те, кто занимается проектированием линий. Решают, разумеется, исходя из местных условий. Например, если на пути линии есть река, то нужно решить, как будет её переходить трасса ЛЭП. Возможно, хватит длины воздушного перехода, провода не будут сильно провисать , схлестываться ветром,  не порвутся от собственного веса, выдержат снеговые нагрузки.  Но, если река широкая, а передаваемый объем электроэнергии не слишком велик, то иногда вполне целесообразно использовать подводный кабель.

Киловольты видны невооруженным глазом

Мы определились, при помощи чего можно передать электроэнергию. А вот как это сделать, чтобы передать необходимое количество киловаттов, то есть мощности? Напоминаем формулу электрической мощности:

Q = I x U

То есть мощность прямо пропорциональна произведению напряжения на силу тока. И мы также выяснили, что при необходимости передать большую мощность, нужно повышать напряжение, а не силу тока – это экономически более выгодно, большие значения силы тока становятся причиной контрпродуктивного нагрева материала ЛЭП, а вот большие значения напряжения ничего подобного не вызывают. А если надо передать очень большую мощность? Скажем, суммарную энергию нескольких больших электростанций перекачать с востока на запад страны? Вариант имеется только один — надо повысить напряжение в линии до очень больших значений. ЛЭП – это не компактный электрогенератор, она мало ограничена габаритами, поэтому можно не очень-то беспокоиться о том, что изоляция получится весьма громоздкой.

Где удобнее всего повышать напряжение? Всё верно, прямо на электростанции. Поэтому генераторы выдают свою мощность на специальные устройства – повышающие трансформаторы. Трансформатор, если кто забыл, это электромагнитный преобразователь, нужный для изменения величины напряжения и силы тока в ту или иную сторону. Трансформатор способен как повысить напряжение и/или силу тока, так и понизить, мощность передается через него практически без изменений, КПД трансформатора очень высок — доходит до 98%. Мощность в трансформаторе не изменяется, следовательно, исходя из упомянутой выше формулы, при повышении напряжения пропорционально уменьшается сила тока, и наоборот. Преобразование (трансформирование – отсюда и название этого устройства) энергии происходит в электромагнитной системе трансформатора. Это две катушки (обмотки), смонтированные на общем стальном сердечнике. Обмотки связаны друг с другом только с помощью электромагнитного поля, протекающего через сердечник, прямого электрического контакта не имеют, эффект повышения или понижения напряжения и силы тока получается за счёт разного количество витков в обмотках. Например, в обмотке, подключенной к генератору электростанции (она называется первичной обмоткой), 100 витков, а в обмотке (вторичной), подключенной к ошиновке, к линиям потребителей, 1100 витков. 1100/100 = 11 – это коэффициент трансформации данного устройства. И если генератор выдает на трансформатор 10 кВ, то на вторичной обмотке вот такого трансформатора мы получим 10 кВ х 11 = 110 кВ.

Трансформатор

С силой тока всё то же самое, но с точностью до наоборот: если генератор электростанции выдает на первичную обмотку трансформатора ток силой 1000 А, то на вторичной обмотке мы получим 1000 А : 11 = 91 А (примерно). Вот и вся арифметика. Ток, полученный на выходе из трансформатора вот с такими характеристиками, несмотря на огромное напряжение, легко коммутировать, то есть выключать и включать. Если увеличить число витков вторичной обмотки трансформатора до 5000, то коэффициент трансформации будет равен уже 50. В таком случае напряжение на вторичной обмотке трансформатора будет 10 кВ х 50 = 500 кВ, а сила тока уменьшится 1000 А : 50 = 20 А. Это совсем крошечная нагрузка, иногда и в наших квартирах больше бывает. Но не забываем, что напряжение-то у нас не 220 В, а 500 кВ, и, стало быть, при токе в 20 А в линии будет передаваться мощность 500 кВ х 20 А = 10 000 кВт! Неплохо, правда?

Сделаем промежуточный вывод: электроэнергию на большие расстояния выгоднее передавать под очень высоким напряжением, какой тип линии использовать – КЛ или ВЛ – зависит от конкретных обстоятельств, но, как правило, высоковольтные линии строятся исключительно в виде ВЛ. В настоящее время типовое значение напряжения для магистральных линий электропередач составляет 500 кВ. Существуют магистральные ЛЭП с напряжением и в 750 кВ, и даже больше, но это большая редкость, ВЛ-500 экономически более целесообразны, сооружение их дешевле, чем ВЛ-750, и эксплуатация проще. Электроснабжение городов, не относящихся к числу наших мегаполисов, впрочем, таких высоких напряжений не требует, поскольку нагрузка города в 100-200 тысяч жителей не так велика, для них вполне хватает ЛЭП 110 или 220 кВ. Если коротко, то уровень напряжения ЛЭП выбирают из чисто экономических соображений: рассчитывается необходимая потребителям суммарная мощность, которую нужно подвести к данному городу, добавляется запас мощности на перспективу роста, после чего и определяется, на каком напряжении выгоднее всего построить ВЛ.

ЛЭП в городе

Высоковольтные линии электропередач между городами давно стали для нас привычной частью пейзажа, мы не часто пристально к ним присматриваемся. Однако есть минимальный набор знаний, который позволяет определить основную характеристику ВЛ – напряжение – невооруженным глазом. Как правило, ВЛ-110 и 220 кВ монтируются на бетонных одностоечных опорах. Напряжение в линии можно определить по количеству изоляторов в гирляндах, на которых подвешены провода. У ВЛ-110 каждый провод висит на гирлянде, состоящей из шести изоляторов, у ВЛ-220 провода подвешены на десяти изоляторах. Как правило, изоляторы используются стеклянные, и это далеко не случайность. Во время эксплуатации ВЛ может случиться пробой одного или двух изоляторов в гирлянде – от молнии или по грязи на поверхности. Остальные изоляторы могут быть исправными, и изоляция в целом не нарушена, поскольку класс изоляции выбирается с большим запасом. Стеклянные изоляторы удобны тем, что в случае пробоя их «шапки» разлетаются вдребезги, что позволяет легко с земли  это увидеть и оперативно принять меры. Фарфоровые и полимерные изоляторы даже после пробоя остаются целыми несмотря на то, что свою функцию уже не выполняют, и поэтому обнаружить пробой можно только непосредственно, вблизи. Электрики – они тоже люди, им хочется свою работу выполнять не только качественно, но и побыстрее, чтобы нервный потребитель поминал его тихим добрым словом не так долго и не так громко, знаете ли.

Коронный разряд – это красиво

Линии 330 кВ и выше отличить ещё проще. ВЛ-330 имеет два раздельных провода в каждой фазе, ВЛ-500 – три, это так называемые «расщепленные» провода. Сделано это для того, что на таких уровнях напряжения могут появиться вдоль проводов нежелательные эффекты в виде коронного разряда – электрики предпочитают знакомиться и наблюдать это замечательное, эффектно выглядящее явление в лабораторных условиях, а не на ЛЭП. Дело не в отсутствии любопытства или чувства прекрасного, а в странном, аномальном поведении руководителей, начальников электрокомпаний – коронный разряд на ВЛ мгновенно уничтожает их воспитанность, интеллигентность и чувство такта. Начальник обыкновенный в случае появления коронного разряда начинает выкрикивать бессвязные слова, размахивать руками, у них поднимается давление, они становятся опасны для себя и окружающих. Электрики с такой странной реакцией хорошо знакомы и предпочитают покинуть помещение подстанции и стремительно мчаться в направлении силовых выключателей, чтобы немедленно лишить питания ЛЭП, возомнившую о себе черт-те что и нацепившую на себя «корону». Как показывает практика, спустя короткое время после исчезновения «короны» к начальникам возвращается человеческий облик – с лиц сходит ярко-красный цвет, перестает покрываться испариной лысина, прекращают подергиваться конечности, и только тремор пальцев какое-то время напоминает о пережитом волнении.

Коронный разряд на ЛЭП

Коронный разряд – самостоятельный разряд в газе, может образоваться при наличии резко неоднородных электромагнитных полей на электродах с высокой кривизной поверхности. Линии электропередач – это гарантированно неоднородные электромагнитные поля, провод – та самая поверхность с высокой кривизной. Главное условие для начала разряда — вблизи острого края электрода должна присутствовать сравнительно более высокая напряженность электрического поля, чем на остальном пути между электродами, создающими разность потенциалов. Для воздуха в нормальных условиях (при атмосферном давлении), предельное значение электрической напряженности составляет 30 кВ/см, при такой напряженности на острие электрода уже появляется слабое свечение, напоминающее по форме корону. Вот почему такой газовый разряд называют коронным. Физики любопытны как дети и точно так же, по детски бесхитростны и наивны: видят корону при разряде, и бесхитростно нарекают разряд «коронным». Даже представлять не хочется, на что мог бы оказаться горазд физик, воспитанный фармокологами…

С физической точки зрения ничего загадочного в коронном разряде нет. К примеру, в предгрозовую пору воздух ионизируется без участия человека, сам по себе. Ион, напомним – это атом, «потерявший» свой или «укравший» чужой электрон и это, конечно, форменное безобразие. В нормальном, порядочном атоме, числе электронов строго равно числу протонов в его ядре, что и обеспечивает окружающим нас многочисленным химическим веществам электрическую нейтральность. А перед грозой в атмосферном воздухе носятся потерявшие свой атом свободные электроны в поисках хоть какого-нибудь прибежища. А тут рядом – провод с электротоком, и электрон с приличным ускорением несется к нему, сломя голову. Встретится ему на пути нейтральный атом – этот «спортсмен» ионизирует и его, увлекая в свое движение дополнительные электроны, в результате возле острия – провода – образуется целая лавина заряженных частиц. Существовать коронный разряд после своего образования может достаточно долго, и все то время, которое он длится, ВЛ будет терять огромное количество переносимой ею электроэнергии.

Способы борьбы с коронным разрядом известны, их условно можно разделить на «активные» и «пассивные», в первом случае требуется непосредственное участие человека, во втором этого не требуется – это защита, профилактика, действующая всегда, причем сама по себе.  Толстый проводник расщепляют на два-три идущих параллельно тонких, чтобы уменьшить локальные напряжения и не дать «короне» образоваться в принципе. Толщина таких расщепленных проводов всегда подобрана с особой тщательностью: сечение проводов ВЛ-110 равно минимум 95 квадратным мм, для ВЛ-220 – 240 квадратных миллиметров. Если, несмотря на эти предосторожности, «корона» все же умудрилась образоваться, в дело вступает «предохранитель №2» — анти-коронные кольца, металлические тороиды. Его задача – аккуратно распределить градиент электрического поля, чтобы его максимальные значения были ниже порога «короны». Если «корона» обойдет и эту защиту, то ее разрушительный эффект придется именно на это кольцо, а не приведет к тому, что из строя начнет выходить дорогостоящее оборудование на подстанциях. Сгорит кольцо – да и ладно, электрики новое повесят.

Анти-коронные кольца

Из прочих подробностей — номинальные (то есть максимально допустимые) значения напряжения в высоковольтных ВЛ, «бегущих» по России, имеют фиксированный ряд: 6, 10, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 кВ. Данное требование определяется соответствующим ГОСТом для унификации оборудования и упрощения проектных решений, разброд и шатания недопустимы. Такие номиналы напряжения в линиях используются на данный момент в России повсеместно. Ещё одна важная деталь: имеется в виду переменный трехфазный ток.

При всем богатстве выбора фаз у электротока всегда три

Надеемся, что об отличии переменного и постоянного тока рассказывать нет необходимости, это не только изложено в школьном курсе физики, но и неоднократно повторено на страницах нашего журнала. Почему же используется именно переменный ток? Дело в том, что его очень легко изменять – увеличивать или уменьшать напряжение, сохраняя при этом заданную величину мощности. И устройства, обеспечивающее возможность таких изменений – трансформаторы – для подобных изменений крайне просты. Для изменения параметров постоянного тока требуются особые ухищрения, а любое особое ухищрение стоит особых денег, которых, как известно нет, но нам и без них велено держаться. Стало быть, всё решает та самая пресловутая экономика.

С трехфазным током немного сложнее. Для передачи однофазного тока требуется как минимум два провода – «фаза» и «нуль». Трехфазный ток передается по трём проводам, все они являются фазными. То есть в схеме появляется ещё один, «лишний» провод, и нулевой провод отсутствует вообще. Напряжение передается по всем трём проводам со стандартной для России частотой 50 Гц, только его колебания сдвинуты в каждой фазе относительно соседних на 120 градусов. Саркастическая фраза «сдвиг по фазе» растёт именно отсюда, а без юмора, зато с чувством, толком и расстановкой об этом уже подробно рассказывал на страницах Геоэнергетики Дмитрий Таланов.

Что даёт такая схема? Во-первых, более полно используется материал проводов: нагрузка передаётся по всем трём проводникам одновременно, а не по одному, как в однофазных системах. Во-вторых, тот самый сдвиг по фазе позволяет получить так называемое вращающееся магнитное поле, что очень упрощает конструкцию и генераторов, и электродвигателей. Например, типовой асинхронный двигатель на трёхфазный переменный ток не имеет никаких дополнительных устройств (коллектора и щёток) для передачи напряжения на вращающийся ротор, которые изнашиваются. А ещё у асинхронного мотора очень просто изменить направление вращения ротора, просто поменяв порядок подключения фаз в его обмотках, для любого электропривода это крайне важное свойство. Учение Михаила Осиповича Доливо-Добровольского всесильно, потому что оно верно: везде и повсюду в мире используется система передачи электроэнергии в виде трёхфазного переменного тока, меняются только номиналы напряжения и основные частоты. Например, в США у конечных потребителей (в квартирах и домах) используется напряжение 110 В частотой 60 Гц, в России – 220 В и 50 Гц, но в целом такие детали на общую картину влияют мало.

Поскольку в генерации и передачи энергии используется переменный ток фиксированной частоты, то в энергосистеме остро проявляется одна интересная проблема: все генерирующие мощности должны работать синфазно, то есть выдавать напряжение в ЛЭП строго в одной фазе, синхронно, не раньше и не позже. Другими словами, синусоида напряжения на электростанции Дальнего Востока должна полностью совпадать с синусоидой напряжения, выдаваемого электростанцией Подмосковья. Если появится даже малейший рассинхрон, в энергосистеме возникнут серьезные проблемы, вплоть до коротких замыканий. Пытливый читатель на этом месте уже может вспомнить, сколько в России электрогенераторов на электростанциях, и какого масштаба задача должна решаться. И она успешно решается — с помощью самых разнообразных технических и организационных ухищрений. Например, генераторы электростанций должны включаться в нагрузку строго на определенной частоте вращения роторов и строго в определенный момент. Самое занимательное – эта проблема решалась в годы создания ЕЭС СССР, когда в обиходе слова «компьютер» и в помине не было, да и до появления аббревиатуры «ЭВМ» оставался десяток-другой лет. Попытайтесь совместить в голове сразу два этих факта: масштабы России, сложность ее энергосистемы и логарифмическая линейка с механическим арифмометром в качестве самых продвинутых вычислительных устройств. Попробовали? Тогда мы еще раз   напоминаем – эта задача была решена Энергетическим институтом под руководством Глеба Кржижановского, чье имя ЭНИН носит в наше время.

Итак, подытожим сказанное. Сгенерированный на электростанции переменный трёхфазный ток повышается трансформаторами и выдаётся в объединенную энергосистему. С помощью высоковольтных линий ток подводится к потребителям, где понижается опять же трансформаторами до нужного значения и подается непосредственно на нагрузку – для освещения квартир или для выплавки стали. Наличие единой системы даёт массу преимуществ: это огромный централизованно управляемый организм, снабжающий страну энергией, притом достаточно отказоустойчивый, имеющий достаточное количество резервных мощностей на случай ЧП любых масштабов.

Перспективы постоянного тока

А теперь, «на закуску», немного интересных подробностей. Как это ни странно, постоянный ток также имеет перспективы в смысле передачи энергии на большие расстояния. Данный род тока обладает в несколько раз большей плотностью энергии в единице сечения проводника. Другими словами, по проводнику фиксированного сечения, скажем, 240 квадратных мм, постоянным током можно передать раза примерно в четыре большую мощность, чем переменным, без нагрева проводника. Связано это с так называемым поверхностным эффектом: если переменный ток электромагнитными силами вытесняется к поверхности проводника, а внутри провода напряжение может отсутствовать вообще, то постоянный ток занимает всю площадь сечения проводника. Поэтому такой ток вполне может применяться в энергосистеме.

Тут, правда, есть проблема: постоянный ток нужно передавать с высоким напряжением, точно так же, как это делается в случае тока переменного, поскольку формула мощности действует и в этом случае. Разумеется, способы преобразования переменного тока в постоянный (выпрямления) и наоборот (инвертирования) существуют, но в нашем случае придётся выпрямлять, а потом инвертировать переменный ток очень высокого напряжения. Соответственно, имеет место чисто технологическая трудность: придётся создавать выпрямитель или инвертор прямо-таки циклопических размеров. Тем не менее, работы в этом направлении велись и ведутся, в последнее время особенно активно в Европе.

О том, как это связано со все более настойчивыми попытками развивать ВИЭ-сектор электрогенерации, мы еще обязательно расскажем. Кроме этого, нового направления, постоянный ток очень широко используется на транспорте. Именно постоянным током «питаются» трамваи, троллейбусы и метро, а также достаточно большие участки железных дорог РФ. Но и об этом – не в этот раз.

 

Подготовлено в соавторстве с Борисом Марцинкевичем

Как происходит подача электроэнергии в наши дома

Ни для кого не секрет, что электричество в наш дом попадает от электростанций, являющихся основными источниками электроэнергии.

Однако между нами (потребителями) и станцией может быть сотни километров и через все это дальнее расстояние ток должен каким-то образом передаваться с максимальным КПД.

В этой статье мы, собственно, и рассмотрим, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям.

Маршрут транспортировки электричества

Итак, как мы уже сказали, начальной точкой является электрическая станция, которая, собственно, и генерирует электроэнергию. На сегодняшний день основными видами электростанций являются гидро- (ГЭС), тепло- (ТЭС) и атомные (АЭС). Помимо этого бывают солнечные, ветровые и геотермальные эл. станции.

Далее от источника электричество передается к потребителям, которые могут находиться на дальних расстояниях. Чтобы осуществить передачу электроэнергии, нужно повысить напряжение с помощью повышающих трансформаторов (напряжение могут повысить вплоть до 1150 кВ, в зависимости от расстояния).

Почему электроэнергия передается при повышенном напряжении? Все очень просто.

 Вспомним формулу электрической мощности — P=UI, тогда если передавать энергию к потребителю, то чем выше напряжение на линии электропередач — тем меньше ток в проводах, при той же потребляемой мощности.

Благодаря этому можно строить ЛЭП с большим напряжением, уменьшив сечение проводов, по сравнению с ЛЭП с низшим напряжением. Значит и сократятся расходы на строительство — чем тоньше провода, тем они дешевле.

Соответственно от станции электричество передается на повышающий трансформатор (при необходимости), а после этого с помощью ЛЭП осуществляется передача электроэнергии на ЦРП (центрально распределительные подстанции). Последние, в свою очередь, находятся в городах или в близком расстоянии от них. На ЦРП происходит понижение напряжения до 220 или же 110 кВ, откуда электроэнергия передается к подстанциям.

Далее напряжение еще раз понижают (уже до 6-10 кВ) и происходит распределение электрической энергии по трансформаторным пунктам, именуемым также ТП.

К трансформаторным пунктам электричество может передаваться не по ЛЭП, а подземной кабельной линией, т.к. в городских условиях это будет более целесообразно.

Дело в том, что стоимость полосы отчуждения в городах достаточно высокая и более выгодно будет прокопать траншею и заложить кабель в ней, нежели занимать место на поверхности.

От трансформаторных пунктов электроэнергия передается к многоэтажным домам, постройкам частного сектора, гаражному кооперативу и т.д. Обращаем ваше внимание на то, что на ТП напряжение еще раз понижается, уже до привычных нам 0,4 кВ (сеть 380 вольт).

Если кратко рассмотреть маршрут передачи электроэнергии от источника к потребителям, то он выглядит следующим образом: электростанция (к примеру, 10 кВ) – повышающая трансформаторная подстанция (от 110 до 1150 кв) – ЛЭП – понижающая трансформаторная подстанция – ТП (10-0,4 кВ) – жилые дома.

Вот таким способом электричество передается по проводам в наш дом. Как вы видите, схема передачи и распределения электроэнергии к потребителям не слишком сложная, все зависит от того, насколько большое расстояние.

• Наглядно увидеть, как электрическая энергия поступает в города и доходит до жилого сектора, вы можете на картинке ниже:
• Более подробно об этом вопросе рассказывают эксперты:

Как электричество поступает от источника к потребителю

Что еще важно знать

Также хотелось пару слов сказать о моментах, которые пересекаются с этим вопросом. Во-первых, уже достаточно долго проводятся исследования на тему того, как осуществить передачу электроэнергии без проводов.

Существует множество идей, но самым перспективным на сегодняшний день решением является использование беспроводной технологии WI-Fi.

Учёные из Вашингтонского университета выяснили, что этот способ вполне реален и приступили к более подробному исследованию вопроса.

Во-вторых, на сегодняшний день по ЛЭП передается переменный ток, а не постоянный.

Это связано с тем, что преобразовательные устройства, которые сначала выпрямляют ток на входе, а потом снова делают его переменным на выходе, имеют достаточно высокую стоимость, что экономически не целесообразно.

Однако все же пропускная способность линий электропередач постоянного тока в 2 раза выше, что также заставляет думать над тем, как ее более выгодно осуществить.

Вот мы и рассмотрели схему передачи электричества от источника к дому. Надеемся, вам стало понятно, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям и почему для этого используют высокое напряжение.

Будет интересно прочитать:

Электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов?

Дороги и тропинки эти отнюдь не просты, порой извилисты и многократно меняют направление, но знать, как они выглядят – обязанность каждого культурного человека XXI века.

Века, облик которого во многом определяет покорившаяся нам электроэнергия, которую мы научились преобразовывать так, чтобы были удовлетворены все наши потребности – как в промышленности, так и в частном пользовании. Ток в проводах линий электропередач и ток в батарейках наших гаджетов – очень разные токи, но они остаются все тем же электричеством.

Какие усилия приходится прилагать электроэнергетикам, инженерам, чтобы обеспечить мощнейшие токи сталеплавильных заводов и маленькие, крошечные токи, допустим, наручных часов? Сколько работы приходится проделывать всем тем, кто поддерживает систему преобразований, передачи и распределения электроэнергии, какими такими методами обеспечена стабильность этой системы? Чем «Системный Оператор» отличается от «Федеральной Сетевой Компании», почему обе этих компании были, есть и будут в России не частными а государственными?

Вопросов очень много, ответы на них надо знать, чтобы более менее представлять, зачем нам так много энергетиков и чем же они, грубо говоря, занимаются? Мы ведь настолько привыкли, что с электричеством в домах и в городах все в полном порядке, что про электроинженеров вспоминаем только тогда, когда что-то вдруг перестает работать, когда мы выпадаем из зоны привычного уровня комфорта. Темно и холодно – вот только тогда мы с вами и говорим об энергетиках, причем говорим такие слова, которые мы печатать точно не будем.

Мы уверены, что нам откровенно повезло – взяться за эту не простую, нужную, да еще и огромную тему согласился настоящий профессионал. Просим любить и жаловать – Дмитрий Таланов, Инженер с большой буквы.

Знаете, есть такая страна – Финляндия, в которой звание инженера настолько значимо, что в свое время ежегодно издавался каталог с перечнем специалистов, его имеющих.

Хотелось бы, чтобы и в России когда-нибудь появилась такая славная традиция, благо в наш электронно-интернетный век завести такой ежегодно обновляемый каталог намного проще.

Статья, которую мы предлагаем вашему вниманию по инженерному коротка, точна и емка. Конечно, обо всем, что написал Дмитрий, можно рассказать намного подробнее, и в свое время наш журнал начал цикл статей о том, как в XIX веке происходило покорение электричества.

Георг Ом, Генрих Герц, Андре-Мари Ампер, Алессандро Вольт, Джеймс Ватт, Фарадей, Якоби, Ленц, Грамм, Фонтен, Лодыгин, Доливо-Добровольский, Тесла, Яблочков, Депрё, Эдисон, Максвелл, Кирхгоф, братья Сименсы и братья Вестингаузы – в истории электричества много славных имен, достойных того, чтобы мы о них помнили. В общем, если кому-то хочется припомнить подробности того, как все начиналось, милости просим, а статья Дмитрия – начало совсем другой истории. Очень надеемся, что она вам понравится, а продолжение статей Дмитрия Таланова мы увидим в самое ближайшее время.

Уважаемого Дмитрия от себя лично – с дебютом, ко всем читателям просьба – не скупитесь на комментарии!

Что такое электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов?

Для чего нам электроэнергия и насколько она помогает нам жить, может узнать каждый, обведя критическим взглядом свое жилище и место работы

Первое, что бросается в глаза, это освещение. И верно, без него даже 8-часовой рабочий день превратился бы в муку.

Добираться до работы во многих мегаполисах и так небольшое счастье, а если придется это делать в темноте? А зимой так и в оба конца! Газовые фонари помогут на главных магистралях, но чуть свернул в сторону, и не видно ни зги.

Можно легко провалиться в подвал или яму. А за городом на природе, освещаемой только светом звезд?

Ночное освещение улицы,  pixabay.com

Удалять жару из офисов, куда с трудом добрался, без электричества тоже нечем. Можно, конечно, открыть окна и обвязать голову мокрым полотенцем, но надолго ли это поможет. Качающим воду насосам тоже нужно электричество, или придется регулярно ходить с ведром на ручную колонку.

Кофе в офисе? Забудьте! Только если всем сразу и не часто, чтобы дым от сгорающего угля не отравил рабочую атмосферу. Или за дополнительную денежку получать из соседнего трактира.

Отправить письмо в соседний офис? Надо взять бумагу, написать письмо от руки, затем ножками отнести его. На другой конец города? Вызываем курьера. В другую страну? А вы знаете, сколько это будет стоить? К тому же ответа не ждите ранее полугода из соседних стран и от года до пяти из-за океана.

Вернулись домой, надо зажечь свечи. Читать при них – мучение для глаз, поэтому придется заняться чем-то другим. А чем? ТВ нет, компьютеров нет, смартфонов – и тех нет, ибо нечем их запитать. Лежи на лавке и гляди в потолок! Хотя рождаемость точно повысится.

К этому следует добавить, что все пластмассы и удобрения сейчас получают из природного газа на заводах, где крутятся тысячи моторов, приводимых в движение всё тем же электричеством.

Отсюда список доступных удобрений сильно укорачивается до тех, которые можно приготовить из природного сырья в чанах, размешивая в них ядовитую жижу лопатками с ручным, водяным или паровым приводом.

Как результат, сильно сжимается объем производимых продуктов.

О пластмассах – забудьте! Эбонит – наше высшее счастье из длинного списка. А из металлов самым доступным становится чугун. Из медицины на сцену в качестве главного орудия снова выступают стетоскоп и быстро ржавеющий скальпель. Остальное канет в Лету.

Продолжать можно долго, но идея должна быть уже понятна. Нам нужно электричество. Мы можем выжить без него, но что это будет за жизнь! Так откуда же появилось это волшебное электричество?

Открытие электричества

Все мы знаем физическую истину, что ничто никуда бесследно не исчезает, а только переходит из одного состояния в другое. С этой истиной столкнулся греческий философ Фалес Милетский в VII веке до н. э.

обнаружив электричество как вид энергии, натирая кусок янтаря шерстью.

Часть механической энергии при этом перешла в электрическую и янтарь (на древнегреческом «электрон») электризовался, то есть приобрел свойства притягивать легкие предметы.

Этот вид электричества сейчас называют статическим, и он нашел себе широкое применение, в том числе в системах очистки газов на электростанциях.

Но в Древней Греции ему не нашлось применения и, если бы Фалес Милетский не оставил после себя записей о своих экспериментах, мы бы никогда не узнали, кто был тот первый мыслитель, заостривший свое внимание на виде энергии, являющейся едва ли не самой чистой среди всех, с которыми мы знакомы по настоящий день. Ею также наиболее удобно управлять.

Сам термин «электричество» – то есть «янтарность» – ввел в употребление Уильям Гилберт в 1600 году. С этого времени с электричеством начинают широко экспериментировать, пытаясь разгадать его природу.

Как результат, с 1600 по 1747 годы последовала череда увлекательных открытий и появилась первая теория электричества, созданная американцем Бенджамином Франклином. Он ввел понятие положительного и отрицательного заряда, изобрел молниеотвод и с его помощью доказал электрическую природу молний.

Далее в 1785 происходит открытие закона Кулона, а в 1800 году итальянец Вольта изобретает гальванический элемент (первый источник постоянного тока, предшественник нынешних батарей и аккумуляторов), представлявший собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделённых смоченной в подсоленной воде бумагой. С появлением этого, стабильного по тем временам, источника электричества новые и важнейшие открытия быстро следуют одно за другим.

Майкл Фарадей, читающий рождественскую лекцию в Королевском институте. Фрагмент литографии,  republic.ru

В 1820 году датский физик Эрстед обнаружил электромагнитное взаимодействие: замыкая и размыкая цепь с постоянным током, он заметил цикличные колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. А в 1821 году французский физик Ампер открыл, что вокруг проводника с переменным электрическим током образуется переменное электромагнитное поле.

Это позволило уже Майклу Фарадею в 1831 году открыть электромагнитную индукцию, описать уравнениями электрическое и магнитное поле и создать первый электрогенератор переменного тока. Фарадей вдвигал катушку с проводом в намагниченный сердечник и в результате в обмотке катушки появлялся электрический ток.

Фарадей также придумал первый электродвигатель – проводник с электрическим током, вращающийся вокруг постоянного магнита.

Всех участников «гонки за электричеством» невозможно упомянуть в этой статье, но результатом их усилий явилась доказуемая экспериментом теория, детально описывающая электричество и магнетизм, в соответствии с которой мы производим сейчас всё, что требует электричества для своего функционирования.

Постоянный или переменный ток?

В конце 1880-х годов, еще до появления мировых стандартов на производство, распределение и потребление промышленной электроэнергии, разразилась битва между сторонниками использования постоянного и переменного тока. Во главе противостоящих друг другу армий встали Тесла и Эдисон.

Оба были талантливыми изобретателями. Разве что Эдисон обладал куда более развитыми способностями к бизнесу и к моменту начала «войны» успел запатентовать множество технических решений, в которых использовался постоянный ток (в то время в США постоянный ток являлся стандартом по умолчанию; постоянным называется ток, направление которого не меняется по времени).

Но была одна проблема: в те времена постоянный ток было очень трудно трансформировать в более высокое или низкое напряжение.

Ведь если сегодня мы получаем электроэнергию напряжением 240 вольт, а наш телефон требует 5 вольт, мы втыкаем в розетку универсальную коробочку, которая преобразует что угодно во что угодно в нужном нам диапазоне, используя современные транзисторы, управляемые крошечными логическими схемами с изощренным программным обеспечением. А что можно было сделать тогда, когда до изобретения самых примитивных транзисторов оставалось еще 70 лет? И если по условиям электрических потерь требовалось повысить напряжение до 100’000 вольт, чтобы доставить электроэнергию на расстояние 100 или 200 километров, любые столбы Вольта и примитивные генераторы постоянного тока оказывались бессильны.

Понимая это, Тесла выступал за переменный ток, трансформация которого в любые уровни напряжения не представляла труда и в те времена (переменным считается ток, величина и направление которого периодически меняются со временем даже при неизменном сопротивлении этому току; при частоте сети 50Гц это происходит 50 раз в секунду). Эдисон же, не желая терять патентные отчисления себе, развернул кампанию по дискредитации переменного тока. Он уверял, что этот вид тока особо опасен для всего живого, и в доказательство публично убивал бродячих кошек и собак, прикладывая к ним электроды, соединенные с источником переменного тока.

Эдисон проиграл битву, когда Тесла предложил за 399’000 долларов осветить весь город Буффало против предложения Эдисона сделать то же за 554’000 долларов.

В день, когда город осветился электричеством, полученным от станции, расположенной у Ниагарского водопада и вырабатывающей именно переменный ток, компания General Electric выкинула постоянный ток из рассмотрения в своих будущих бизнес-проектах, полностью поддержав своим влиянием и деньгами переменный ток.

Томас Эдисон (США), Рис.: cdn.redshift.autodesk.com

Может показаться, что переменный ток навсегда завоевал мир. Однако у него имеются наследственные болячки, растущие из самого факта переменности. Прежде всего это электрические потери, связанные с потерями в индуктивной составляющей проводов ЛЭП, которые используются для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Эти потери в 10-20 раз превышают возможные потери в тех же самых ЛЭП в случае протекания по ним постоянного тока.

Плюс сказывается повышенная сложность синхронизации узлов энергосистемы (для пущего понимания, скажем, отдельных городов), ведь для этого требуется не только выровнять напряжения узлов, но и их фазу, ибо переменный ток представляет собой волну синусоиды.

Отсюда видна и значительно большая приверженность к «качаниям» узлов по отношению к друг другу, когда напряжение-частота начинают меняться вверх-вниз, на что обычный потребитель обращает внимание, когда у него в квартире мигает свет.

Обычно это предвестник конца совместной работы узлов: связи между ними рвутся и какие-то узлы оказываются с дефицитом энергии, что ведет к снижению в них частоты (т.е.

к снижению скорости вращения тех же электродвигателей и вентиляторов), а какие-то с избытком энергии, приводящем к опасному повышению напряжения по всему узлу, включая наши розетки с подключенными к ним устройствам. А при достаточно большой длине ЛЭП, что, к примеру, критично для РФ, начинают проявляться и другие портящие настроение электрикам эффекты.

Не вдаваясь в детали, можно указать, что передавать электроэнергию переменного тока по проводам на сверхдальние расстояния становится трудно, а иногда и невозможно. Для сведения, длина волны частотой 50 Гц составляет 6000 км, и при приближении к половине этой длины – 3000 км – начинают сказываться эффекты бегущих и стоячих волн плюс эффекты, связанные с резонансом.

Эти эффекты отсутствуют при использовании постоянного тока. А значит, повышается стабильность работы энергосистемы в целом.

Принимая это во внимание, а также то, что компьютеры, светодиоды, солнечные панели, аккумуляторы и многое другое используют для своей работы именно постоянный ток, можно заключить: война с постоянным током еще не проиграна.

Современным преобразователям постоянного тока на любые используемые сегодня мощности и напряжения осталось совсем немного, чтобы сравняться в цене с привычными человечеству трансформаторами переменного тока. После чего, видимо, начнется триумфальное шествие по планете уже постоянного тока.

 itc.ua

Как происходит подача электроэнергии в наши дома | Инвертор, преобразователь напряжения, частотный преобразователь

Подача электроэнергии в многоквартирные и личные дома.

Электроэнергия вырабатывается на электростанции, дальше передается по ВЛЭП (высоковольтные полосы электропередач), позже попадает на городские и районные РЭС.

После РЭС электричество попадает на ТП (трансформаторные подстанции), где снижается до нужных нам 380/220 Вольт. И вот эти самые 380/220 вольт мы и получаем в конечном итоге у себя дома. Вот последнюю ступень мы и разглядим более тщательно.

На трансформаторной подстанции происходит снижение напряжения с 6кВ либо10кВ, зависимо от трансформатора, до 380В/220В. В трансформаторной подстанции, как и в обычном трансформаторе, есть две части- высочайшая и низкая.

Дальше, от трансформаторной подстанции под землей к дому прокладывают кабеля. Обычно, прокладывают два кабеля — основной и запасный, на случай аварии. В доме находится ГРЩ (главный распределительный щит) либо ВРУ (вводно-распределительное устройство).

В этажных распределительных щитах находятся приборы учета электроэнергии, автоматические выключатели. Зависимо от проекта, в щите на каждую квартиру предвидено два и поболее автоматических выключателя.

В ближайшее время, многие, делая ремонт в квартире, создают полную подмену проводки.

Для более комфортного и неопасного эксплуатирования электроприборов, устанавливают в квартире собственный, отдельный щит, где происходит рассредотачивание всей нагрузки через большее количество автоматов.

В таком случае, в этажном распределительном щите остается только доучетный автомат соответственного номинала и прибор учета (счетчик).

Подача электроэнергии в личный сектор происходит малость по другой схеме. Если в городских критериях все коммуникации (кабеля) проводят под землей, то сельской местности, почти всегда, питание трансформаторных подстанций осуществляется по ЛЭП.

На трансформаторы подается высокое- 6(10) кВ напряжение, дальше по проводам на личный сектор от трансформатора уходит уже низкое (относительно)-380/220В напряжение.

Приблизительно так смотрится схема подачи электроэнергии в наши дома.

Как электричество попадает в дом

Как электричество попадает в наши дома и квартиры? В этой статье  доступно простым языком, рассмотрена схема энергоснабжения частного дома и квартиры в многоэтажном доме. Рассмотрим две типовых схемы подачи электроэнергии в наши дома и квартиры.

1. Типовая схема подачи электроэнергии в частный дом.

В частном секторе электроэнергия от трансформаторной подстанции по воздушным линиям электропередач подается к домам потребителей.

От линии электропередач электроэнергия по проводам подается на герметичный бокс, который устанавливается на столбе или на фасаде дома. В боксе устанавливается вводной автоматический выключатель, к которому подключаются провода от воздушной линии.

После вводного автомата устанавливается прибор учета электроэнергии — электрический счетчик. Бокс пломбируется от возможности постороннего доступа энерго-обслуживающей организацией.

От бокса со счетчиком электроэнергия по кабелю подается в дом, где обычно устанавливают внутренний электрический щит.

В этом электрощите устанавливаются аппараты защиты: автоматические выключатели, устройства защитного отключения (УЗО) и другие модульные устройства.  К ним подключаются различные группы потребителей: электроплиты, водонагреватели, кондиционеры, розетки для подключения приборов, светильники.

Автоматические выключатели защищают цепи потребителей от токов короткого замыкания и перегрузок, а также позволяют при необходимости отключить конкретную электрическую цепь для проведения ремонтных работ.

2. Схема подачи электроэнергии в многоэтажных домах.

В многоэтажных домах подача электроэнергии происходит немного по другой схеме.

От трансформаторной подстанции электроэнергия подается к главному распределительному щиту ГРЩ здания, который обычно устанавливается в щитовой здания. Электрические кабели обычно прокладывают под землей.

От главного распределительного щита питающие кабели заводятся в каждый подъезд и по специальным этажным стоякам подводятся к этажным распределительным щитам, которые устанавливаются на каждом этаже в этажных коридорах.

В этажных распределительных щитах устанавливаются вводные автоматические выключатели и счетчики электроэнергии отдельно на каждую квартиру. Количество счетчиков такое же, как и количество квартир на этаже.

Групповые автоматические выключатели могут устанавливаться как в этажном распределительном щите, так и в отдельно вынесенном квартирном электрощите, который чаще всего устанавливается в прихожей квартир.

В общем случае схема электрической сети квартиры или дома будет выглядеть, как на схеме ниже.

• Электроэнергия от внешней электросети подается на вводной автоматический выключатель.
• После него подключается счетчик электроэнергии.
• После счетчика подключаются групповые автоматические выключатели, через которые подключаются потребители — бытовые приборы: электроплиты, водонагреватели, кондиционеры, светильники и др.
• Для большей наглядности посмотрите видео: Как электроэнергия попадает в дома и квартиры.
• Интересные статьи по теме:
• Как выбрать квартирный электрощит?
• Электрощит своими руками.
• Автоматические выключатели УЗО дифавтоматы — подробное руководство.
• Номиналы групповых автоматов превышают номинал вводного?
• Работа УЗО при обрыве нуля.
• Почему УЗО выбирают на ступень выше?
• Почему в жару срабатывает автоматический выключатель?
• Менять ли автоматический выключатель, если его «выбивает»?

Как электричество попадает к нам в дом. От электростанции до квартиры

Электроэнергия является неотъемлемой частью нашей жизни. Каждый день мы, не задумываясь, используем множество бытовых электроприборов, не говоря уже о производстве. А откуда берется так необходимая нам электроэнергия? Ответ на этот вопрос знают даже дети: ее производят электростанции.

А вот как она поступает от электростанции к нам, потребителям, знают не все. На этот вопрос мы постараемся ответить в нашей статье. Итак, начнем с электростанций. Все знают основные виды электростанций: АЭС, ГЭС, ТЭС.

Многие наверняка слышали о существовании дизельных генераторных установок и миниэлектростанций, которые все чаще используются на строительных площадках, в качестве защиты от обесточивания в больницах, а также могут обеспечить электроэнергией частный дом и т.д. В Европе для получения электроэнергии используют также энергию ветра и солнечную энергию.

Ученые всего мира также работают над альтернативными видами электроэнергии, такими как реакция синтеза, электростанции на биомассе. В нашей стране на сегодняшний день основными источниками электроэнергии являются АЭС, ГЭС и ТЭС. Более половины электроэнергии производят тепловые электростанции.

Чаще всего такие электростанции располагаются в местах добычи топлива. В городах могут также использоваться теплоэлектроцентрали, которые обеспечивают город не только электроэнергией, но и горячей водой и теплом. Наиболее дешевую электроэнергию производят гидроэлектростанции. Атомные электростанции – наиболее современные.

Одним из важнейших преимуществ является тот факт, что они не привязаны к источнику сырья, а, следовательно, могут быть размещены практически в любом месте. АЭС также не загрязняют окружающую среду, при условии учета всех природных факторов и выполнения требований к их постройке.

Но вот у нас есть электростанция, которая производит электроэнергию. Что же происходит дальше? А дальше электроэнергия с электросъёмных шин и кабелей подаётся в электрическую часть электростанции, которая бывает открытого, закрытого и комбинированного типа.

В электрочасти находится диспетчерский пункт управления электростанцией, автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), коммутационные аппараты, релейная защита, контрольно — измерительные приборы и сигнализации, высоковольтные повышающие и понижающие трансформаторы, высоковольтные выключатели, сборные шины и автотрансформаторы.

После преобразования энергии электричество подаётся на высоковольтную линию электропередач (ВЛЭП). Линии электропередач, предназначенные для транспортировки электроэнергии на большие расстояния, должны иметь большую пропускную способность и малые потери, и состоят из проводов, опор, крепёжной арматуры, грозозащитных тросов, а также вспомогательных устройств.

По своему назначению ЛЭП подразделяются на сверхдальние, магистральные и распределительные. Основными элементами воздушных линий электропередач являются металлические опоры, которые устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга. Они бывают анкерными, промежуточными и угловыми.

Анкерные опоры устанавливают в начале и конце линии электропередач, а также в местах перехода инженерных сооружений или естественных преград. Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках и предназначены для поддержки проводов с допустимым провисанием 6-8 метров в населённой местности, и 5-7 метров — в не населённой.

Угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии электропередач. Специальные транспозиционные опоры устанавливаются для изменения порядка расположения проводов на опорах, а так же для ответвления проводов от магистральной линии ВЛЭП.

Для передачи электроэнергии в высоковольтных линиях электропередач применяются неизолированные провода, изготовленные из алюминия и сталеалюминия следующих марок: АН, АЖ, АКП (алюминиевые) и ВЛ, АС, АСКС, АСКП, АСК (сталеалюминевые).

Провода к опорам крепятся при помощи поддерживающих или натяжных изоляторов, которые монтируются на опору подвесным способом, и крепёжной арматуры. В свою очередь изоляторы бывают фарфоровые, с покрытием из глазури, стеклянные, из закалённого стекла, и полимерные, из специальных пластических масс. Для защиты линии электропередач от молнии на опорах натягиваются грозозащитные тросы, устанавливаются разрядники, а опоры заземляются. Так как линия обычно тянется на большое расстояние, то во избежание потерь напряжения используются промежуточные подстанции с повышающими трансформаторами.

Для дальнейшего распределения электроэнергии к магистральным ВЛЭП подключаются распределительные подстанции, которые в свою очередь раздают электроэнергию на понижающие подстанции. При распределении электроэнергии от подстанции к КТП может использоваться 2 типа прокладки кабелей: воздушный и под землей.

При воздушной прокладке обычно используют алюминиевые или сталемедные неизолированные провода, которые подвешиваются на опорах. При подземной прокладке используется силовой кабель с медными или алюминиевыми токопроводящими жилами и броней, которая обеспечивает надежную защиту от механических воздействий.

К кабелям такого типа относятся марки, предназначенные для эксплуатации на напряжение до 35 кВ, например АСБл или СБЛ (6-10 кВ), ПвПБВ или АПвПгТ (10-35 кВ).

Если трансформаторная подстанция находится на большом расстоянии, то использование силового кабеля будет экономически не выгодным, в таком случае используется воздушная прокладка.

От понижающей подстанции по линиям электропередач энергия распределяется между КТП, которые разделяются на мачтовые и киосковые (проходные и тупиковые). Комплектные трансформаторные подстанции осуществляют понижение напряжения с 10(6) до 0,4 кВ переменного тока частотой 50 Гц и предназначены для подачи электроэнергии в частные дома, отдельные населенные пункты или небольшие промышленные объекты. В мачтовых трансформаторных подстанциях ввод и вывод кабеля осуществляется при помощи воздушных линий. КТП киоскового типа служат для тех же целей, но устанавливаются в простейшую бетонную площадку и имеют серьезное преимущество – они позволяют осуществлять ввод и отвод, как воздушным путем, так и под землей.

Для отвода воздушных линий используется самонесущие алюминиевые изолированные провода СИП, которые подвешиваются на деревянных или бетонных опорах при помощи монтажной арматуры.

Такой способ прокладки распределительной линии используется в частных секторах, гаражных кооперативах или там где необходимо запитать большое количество потребителей находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

Для прокладки подземных линий используется силовой кабель с алюминиевыми или медными жилами, с изоляцией из различных материалов, экранированный, бронированный, с защитным покровом или без него. В зависимости от способа прокладки могут использоваться различные марки кабеля.

Для прокладки в специальных двустенных гофрированных трубах могут использоваться силовые кабели без защитного покрова и брони, такие, как АВВГ или ВВГ. Для прокладки в траншеях используются кабели с броней и защитными покровами, которые имеют хорошую защиту от физического и механического воздействия.

Это такие кабели как АВБбШв и ВБбШв (с броней и защитным покровом) или АВВБГ и ВВБГ (с броней без защитного покрова). Кроме того, в зависимости от характера блуждающих токов, могут использоваться силовые кабели с различными видами экранов, которые предназначены для прокладки, как в траншеях, так и в защищенных трубах. К таким кабелям относятся марки АПвЭгП или АПвАШв.

От трансформаторной подстанции электроэнергия по выбранным проводам передается на распределительные пункты, которые находятся в специально отведенных для этого комнатах (щитовых).

В щитовых устанавливаются распределительные устройства, которые не только обеспечивают передачу электроэнергии в квартиры, но также осуществляют запитку этажного и аварийного освещения, лифтов, систем вентиляции, кондиционирования и систем безопасности.

Распределение от электрощитовой до этажных щитов, осуществляется при помощи кабелей, которые согласно условиям пожарной безопасности должны не распространять горение и иметь низкие показатели дымо и газовыделения. К таким маркам кабелей можно отнести АВВГнг-LS (алюминиевые токопроводящие жилы), ВВГнг-LS (медные жилы).

Для прокладки магистральной линии используется лоток лестничный и специальные крепежные скобы, которые обеспечивают сохранность кабеля на весь срок службы. Кроме того, для подвода питания от щитовой на этажные щиты может применяться шинопровод, который имеет ряд плюсов по сравнению с кабельной магистральной линией.

К ним можно отнести удобство монтажа (секции без особых проблем собираются и монтируются в нишу), меньшие габариты по сравнению с кабельной линией (секции состоят из медных или алюминиевых шин, которые зачищены металлическим корпусом), удобство дальнейшей эксплуатации. И, наконец, от этажных щитов электроэнергия поступает на счетчик либо щит учетно-распределительный щит квартиры.

 

Передача электроэнергии

Передача электрической энергии — технология передачи энергии от мест генерирования к местам потребления. Передача электроэнергии осуществляется посредством электрических сетей, в состав которых входят преобразователи, линии электропередачи и распределительные устройства.

История

Линии электропередач в Германии

Возможность передачи электроэнергии на расстояние впервые обнаружил Стивен Грей в 1720-е годы. В опытах Грея заряд передавался по шёлковому проводу на расстояние до 800 футов[1]

До конца XIX века электричество использовалось только поблизости от мест генерации. Это, в свою очередь, ограничивало степень использования доступных ресурсов, так как большие мощности для местного производства не требовались.

С изобретением электрического освещения необходимость передачи электричества на большие расстояния стало актуальной проблемой, так как освещение требовалось в первую очередь в крупных городах, удалённых от источников энергии[2].

В 1873 году Фонтен впервые продемонстрировал генератор и двигатель постоянного тока, связанные проводом длиной 2 км. В 1874 году Ф. А. Пироцкий осуществил передачу электроэнергии мощностью 6 л. с.

на расстояние 1 км, а в 1876 году повторил опыт, используя в качестве проводника рельсы Сестрорецкой железной дороги длиной 3,5 км. В конце 1870-х — начале 1880-х Д. А. Лачинов показал, что потери энергии при передаче имеют обратную зависимость от напряжения, а П. Н. Яблочков и И. Ф.

Усагин создали первые трансформаторы, что позволило Усагину на Всероссийской выставке в Москве в 1882 году продемонстрировать первую высоковольтную систему передачи электроэнергии, включавшую повышающий и понижающий трансформаторы и линию электропередачи.

В том же году на Мюнхенской выставке опыт передачи постоянного электрического тока напряжением до 2000 В на расстояние 60 км продемонстрировал Марсель Депре, при этом потери составили 78 %[2].

Прорывом в передаче электроэнергии на большие расстояния стал опыт М. О. Доливо-Добровольского на международной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 году, в ходе которого энергия от установки на реке Неккар в городе Лауффен была передана во Франкфурт по трёхфазной линии на 175 км.

Энергия передавалась при напряжении 15200 В, преобразование осуществлялось с помощью трёхфазных трансформаторов. КПД линии достигал 80,9 %, а передаваемая мощность — более 100 л. с., использованных для работы электрического двигателя и освещения. Опыт способствовал внедрению трёхфазного переменного тока и высоковольтных систем передачи.

К 1910 году в США появились первые линии 110 кВ, в 1923 — 220 кВ, в то же время началось внедрение высоковольтных линий в Европе[2].

Передачи энергии на постоянном токе, в первую очередь, по системе Тюри, имела некоторое распространение в начале XX века, в частности, функционировали линия в Батуми протяжённость 10 км и линия Мутье-Лион протяжённостью 180 км, но в конце концов они были демонтированы и заменены линиями переменного тока[2].

Схема передачи

В настоящее время применяются схемы передачи, в которые входят[3]:

• электрический генератор;
• повышающий трансформатор;
• линия электропередачи;
• понижающий трансформатор.

Схемы делятся на блочные, связанные и полусвязанные[4]

Классификация

По типу линии электропередач[5]:

• магистральные;
• межсистемные.{2}}{Z_{0}}}}
  • где

    U

    {displaystyle U}

    — напряжение, В;

    Z

    0

    {displaystyle Z_{0}}

    — волновое сопротивление, Ом.

  • Например, для линии 110 кВ пропускная способность составляет 30 МВт
  • Пропускную способность снижают потери энергии[8], другим ограничением является устойчивость параллельной работы синхронных машин, находящихся на концах линии[9].

  Примечания

  1. ↑ Храмов Ю. А. Грей Стефен (Gray Stephen) // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 91. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)
  2. ↑ 1 2 3 4 Крачковский, 1953, с.

     6—12.

  3. ↑ Крачковский, 1953, с. 23—24.
  4. ↑ Крачковский, 1953, с. 24.
  5. ↑ 1 2 Крачковский, 1953, с. 22.
  6. ↑ Крачковский, 1953, с. 23.
  7. ↑ Крачковский, 1953, с. 27.
  8. ↑ Крачковский, 1953, с. 28.
  9. ↑ Крачковский, 1953, с. 31.

  Литература

  • Крачковский Н. Н. Передача электрической энергии на дальние расстояния / Отв. ред. академик А. В. Винтер. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1953.
  • Герасименко А. А., Федин В. Т. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие. — 2-е. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2008. — 715 с. — (Высшее образование).

  См. также

  • Распределение электроэнергии

  Для улучшения этой статьи желательно: Проставить для статьи более точные категории. Добавить иллюстрации. Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

  Электроэнергия. Производство, передача и задачи

   

  Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

  Темы кодификатора ЕГЭ: производство, передача и потребление электрической энергии.

  Электрическая энергия играет в нашей жизни исключительную роль. Если в доме нет света, мы оказываемся практически беспомощны. Функционирование предприятий, средств транспорта, коммуникаций и прочих достижений цивилизации основано на использовании электроэнергии.

  Электроэнергия обладает замечательными свойствами, которые и обеспечивают возможность её повсеместного применения.

  • Простота производства. В мире функционирует огромное множество разнообразных генераторов электроэнергии.
  • Передача на большие расстояния. Электроэнергия транспортируется по высоковольтным линиям электропередачи без существенных потерь.
  • Преобразование в другие виды энергии. Электроэнергия легко преобразуется в механическую энергию (электродвигатели), внутреннюю энергию (нагревательные приборы), энергию света (осветительные приборы) и т. д.
  • Распределение между потребителями. Специальные устройства позволяют распределять электроэнергию между потребителями с самыми разными «запросами» — промышленными предприятиями, городскими электросетями, жилыми домами и т. д.

  Рассмотрим подробнее вопросы производства, передачи и потребления электрической энергии.

   

  Производство электроэнергии

   

  Среди генераторов электроэнергии наиболее распространены электромеханические генераторы переменного тока. Они преобразуют механическую энергию вращения ротора в энергию индукционного переменного тока, возникающего благодаря явлению электромагнитной индукции.

  На рис. 1 проиллюстрирована основная идея генератора переменного тока: проводящая рамка (называемая якорем) вращается в магнитном поле.

  Рис.1. Схема генератора переменного тока

  Магнитный поток сквозь рамку меняется со временем и порождает ЭДС индукции, которая приводит к возникновению индукционного тока в рамке. С помощью специальных приспособлений (колец и щёток) переменный ток передаётся из рамки во внешнюю цепь.

  Если рамка вращается в однородном магнитном поле с постоянной угловой скоростью , то возникающий переменный ток будет синусоидальным. Покажем это.

  Выберем направление вектора нормали к плоскости рамки. Вектор , таким образом, вращается вместе с рамкой. Направление обхода рамки считается положительным, если с конца вектора этот обход видится против часовой стрелки.

  Напомним, что ток считается положительным, если он течёт в положительном направлении (и отрицательным в противном случае). ЭДС индукции считается положительной, если она создаёт ток в положительном направлении (и отрицательной в противном случае).

  Предположим, что в начальный момент времени векторы и сонаправлены. За время рамка повернётся на угол . Магнитный поток через рамку в момент времени равен:

  (1)

  где — площадь рамки. Дифференцируя по времени, находим ЭДС индукции:

  (2)

  Если сопротивление рамки равно , то в ней возникает ток:

  (3)

  Как видим, ток действительно меняется по гармоническому закону, то есть является синусоидальным.

  В реальных генераторах переменного тока рамка содержит не один виток, как в нашей схеме, а большое число витков. Это позволяет увеличить в раз ЭДС индукции в рамке. Почему?

  Объяснить это несложно. В самом деле, магнитный поток через каждый виток площади по-прежнему определяется выражением (1), так что ЭДС индукции в одном витке согласно формуле (2) равна: . Все эти ЭДС индукции, возникающие в каждом витке, складываются друг с другом, и суммарная ЭДС в рамке окажется равной:

  Сила тока в рамке:

  где есть по-прежнему сопротивление рамки.

  Кроме того, рамку снабжают железным (или стальным) сердечником. Железо многократно усиливает магнитное поле внутри себя, и поэтому наличие сердечника позволяет увеличить магнитный поток сквозь рамку в сотни и даже тысячи раз. Как следует из формул (2) и (3), ЭДС индукции и ток в рамке увеличатся во столько же раз.

   

  Передача электроэнергии

   

  Электроэнергия производится в основном на тепловых электростанциях (ТЭС), гидроэлектростанциях (ГЭС) и атомных электростанциях (АЭС).

  Роторы генераторов ТЭС вращаются за счёт энергии сгорающего топлива (чаще всего этим топливом является уголь). Экономически целесообразным является строительство ТЭС вблизи крупных угольных месторождений.

  Роторы генераторов ГЭС приводятся во вращение энергией падающей воды. Поэтому ГЭС строятся на реках.

  В любом случае возникает проблема передачи выработанной электроэнергии потребителям, находящимся за много километров от электростанций.

  Электроэнергия транспортируется по проводам. Потери энергии на нагревание проводов должны быть сведены к минимуму. Оказывается, для этого нужно высокое напряжение в линии электропередачи. Покажем это.

  Рассмотрим двухпроводную линию электропередачи, связывающую источник переменного напряжения u с потребителем П (рис. 2).

  Рис.2. Передача электроэнергии по двухпроводной линии

  Длина линии равна , так что общая длина проводов составит . Если — удельное сопротивление материала провода, — площадь поперечного сечения провода, то сопротивление линии будет равно:

  (4)

  Потребителю должна быть передана мощность с заданным действующим значением . Обозначим через и действующие значения напряжения в линии и силы тока. Если — сдвиг фаз между током и напряжением, то, как мы знаем из предыдущего листка, .

  Отсюда

  (5)

  Часть мощности теряется на нагревание проводов:

  Подставляя сюда выражения (4) и (5), получим:

  (6)

  Мы видим из формулы (6), что потеря мощности обратно пропорциональна квадрату напряжения в линии. Следовательно, для уменьшения потерь надо повышать напряжение при передаче. Вот почему линии электропередач являются высоковольтными. Например, Волжская ГЭС передаёт в Москву электроэнергию при напряжении киловольт.

   

  Трансформатор

   

  Генераторы электростанций имеют ЭДС порядка кВ. Как мы только что видели, для передачи электроэнергии на большие расстояния нужно повышать напряжение до нескольких сотен киловольт.

  С другой стороны, напряжение бытовой электросети составляет В. Поэтому при доставке энергии обычному потребителю требуется понижение напряжения до сотен вольт.

  Замечательно, что повышение и понижение напряжения в случае синусоидального переменного тока не представляет никаких сложностей. Для этого используются специальные устройства — трансформаторы.

  Простейшая схема трансформатора приведена на рис. 3. На замкнутом стальном сердечнике расположены две обмотки.

  Рис.3. Трансформатор

  Первичная обмотка содержит витков; на неё подаётся входное напряжение . Это напряжение как раз и требуется преобразовать — повысить или понизить.

  Вторичная обмотка содержит витков. К ней подсоединяется нагрузка, условно обозначенная резистором . Это — потребитель, для работы которого нужно преобразованное напряжение .

  Режим холостого хода

  Наиболее прост для рассмотрения холостой ход трансформатора, когда нагрузка отключена (ключ разомкнут).

  Пусть напряжение на первичной обмотке меняется по закону косинуса с амплитудой :

  Активное сопротивление первичной обмотки считаем очень малым по сравнению с её индуктивным сопротивлением. В таком случае, как мы знаем, сила тока в первичной обмотке отстаёт по фазе от напряжения на :

  При этом трансформатор не потребляет энергию из сети, к которой он подключён.

  Магнитный поток , пронизывающий витки первичной обмотки, пропорционален току и поэтому также меняется по закону синуса:

  В каждом витке первичной обмотки возникает ЭДС индукции:

  (7)

  Следовательно, полная ЭДС индукции в первичной обмотке равна:

  (8)

  Стальной сердечник практически не выпускает магнитное поле наружу — линии магнитного поля почти целиком идут внутри сердечника. Магнитный поток в любом сечении сердечника одинаков; в частности, каждый виток вторичной обмотки пронизывает тот же самый магнитный поток . Поэтому в одном витке вторичной обмотки возникает та же ЭДС индукции , даваемая выражением (7), а полная ЭДС индукции во вторичной обмотке равна:

  (9)

  Как видим, обе ЭДС индукции в первичной и вторичной обмотках меняются синфазно. Мгновенные значения ЭДС индукции относятся друг к другу как числа витков в обмотках:

  (10)

  Ввиду малости активного сопротивления первичной обмотки мы можем считать, что выполнено приближённое равенство:

  (11)

  (вспомните рассуждение из листка «Переменный ток. 1», раздел «Катушка в цепи переменного тока»). Так как цепь вторичной обмотки разомкнута и ток в ней отсутствует, имеем точное равенство:

  Итак, . Следовательно, мгновенные значения напряжений в первичной и вторичной обмотках также меняются почти синфазно. С учётом равенства (10) получаем:

  (12)

  Величина называется коэффициентом трансформации. Отношение мгновенных значений напряжений в (12) можно заменить отношением действующих значений и :

  Если , то трансформатор является понижающим. В этом случае вторичная обмотка содержит меньше витков, чем первичная; потребитель получает меньшее напряжение, чем то, что поступает на вход трансформатора. На рис. 3 изображён как раз понижающий трансформатор.

  Если же , то трансформатор будет повышающим. Вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, и потребитель получает напряжение более высокое, чем на входе трансформатора.

  Режим нагрузки

  Теперь рассмотрим вкратце работу нагруженного трансформатора, когда ключ на рис. 3 замкнут. В этом случае трансформатор выполняет свою прямую задачу — передаёт энергию потребителю, подключённому ко вторичной обмотке.

  Согласно закону сохранения энергии, передача энергии потребителю возможна только за счёт увеличения потребления энергии из внешней сети. Так оно в действительности и происходит. Давайте попробуем понять, какие физические процессы приводят к этому.

  Главное заключается в том, что ввиду малого омического сопротивления первичной обмотки сохраняется приближённое равенство (11), т. е.

  Напряжение задаётся внешней сетью, поэтому амплитуда ЭДС индукции остаётся прежней — равной амплитуде внешнего напряжения.

  Но, с другой стороны, из выражения (8) мы знаем, что амплитуда величины равна .

  Стало быть, при подключении нагрузки остаётся неизменной амплитуда магнитного потока , пронизывающего витки первичной и вторичной обмоток.

  При холостом ходе магнитный поток порождался магнитным полем тока первичной обмотки (во вторичной обмотке тока не было). Теперь в создании магнитного потока участвуют два магнитных поля: поле тока первичной обмотки (оно создаёт поток ) и поле тока вторичной обмотки (оно создаёт поток ). Таким образом,

  В отличие от тока , который «навязывается» первичной обмотке внешней сетью, ток — индукционный, и его направление определяется правилом Ленца: магнитное поле стремится уменьшить изменение суммарного магнитного потока . Но амплитуда этого потока, как мы уже говорили, остаётся той же, что и при холостом ходе. Как же так?

  Очень просто — чтобы обеспечить неизменность величины , приходится увеличиваться магнитному потоку . Возрастает амплитуда тока первичной обмотки! Вот почему увеличивается потребление энергии из сети по сравнению с режимом холостого хода.

  Первичная обмотка потребляет из сети мощность

  (как и выше, в данной формуле фигурируют действующие значения мощности, напряжения и силы тока).

  Нагрузка получает от вторичной обмотки мощность

  Эта мощность является полезной с точки зрения потребителя. Отношение полезной мощности, получаемой нагрузкой, к мощности, потребляемой из сети — это КПД трансформатора:

  Разумеется, — часть мощности теряется в трансформаторе. Потери мощности состоят из двух частей.

  1. Так называемые «потери в меди», обозначаемые . Это мощность, расходуемая на нагревание первичной и вторичной обмоток:

  Сколь бы малыми не были активные сопротивления и этих обмоток, они не равны нулю, и при больших токах с ними приходится считаться.

  2. Так называемые «потери в стали», обозначаемые . Сюда относятся:

  • Мощность, расходуемая на перемагничивание сердечника, т. е. на изменение ориентации элементарных токов под действием внешнего магнитного поля.

  • Мощность, расходуемая на нагревание сердечника индукционными вихревыми токами (которые называются ещё токами Фуко). Эти токи возникают в сердечнике под действием вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем. Для уменьшения токов Фуко сердечники собираются из листов специальной трансформаторной стали, но полностью ликвидировать эти токи, конечно же, не удаётся.

  Оказывается, потери в стали не зависят от нагрузки — они определяются только амплитудой магнитного потока, которая, как мы знаем, при любой нагрузке остаётся неизменной.

  Таким образом, имеем:

  и для КПД трансформатора получаем следующее выражение:

  (13)

  Если полезная мощность мала (недогрузка трансформатора), то и КПД мал. Действительно, числитель в (13) маленький, а знаменатель — не меньше постоянной величины потерь в стали .

  Если полезная мощность чрезмерно велика(перегрузка трансформатора), то КПД опятьтаки мал. Дело в том, что в этом случае велики токи и в обмотках трансформатора, и, следовательно, большой величины достигают потери в меди .

  Для трансформатора существует оптимальная (так называемая номинальная) нагрузка, на которую он рассчитан. При номинальной нагрузке оказывается, что КПД трансформатора близок к единице, т. е. , или, с учётом выражений для мощностей:

  Кроме того, сдвиги фаз приближённо равны нулю, так что

  Следовательно, при нагрузках, близких к номинальной, имеем:

  где — введённый выше коэффициент трансформации. Например, у понижающего трансформатора , и при номинальной нагрузке ток в его вторичной обмотке в раз больше тока первичной обмотки.

  Передача электроэнергии

  Передача электрической энергии – один из основных видов деятельности ПАО «Россети Ленэнерго».

  Услуги по передаче электрической энергии – комплекс организационно и технологически связанных действий, в том числе по оперативно-технологическому управлению, которые обеспечивают передачу электрической энергии через технические устройства электрических сетей в соответствии с обязательными требованиями.

  Правовые основы экономических отношений в сфере электроэнергетики установлены Федеральным законом от 26.03.2003 № 35-ФЗ «Об электроэнергетике». Он определяет полномочия органов государственной власти на регулирование этих отношений, основные права и обязанности субъектов электроэнергетики при осуществлении деятельности в сфере электроэнергетики (в том числе производства в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии) и потребителей электрической энергии.

  Общие принципы и порядок обеспечения недискриминационного доступа к услугам по передаче электроэнергии, а также принципы и порядок оказания этих услуг определены в Правилах недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг, утвержденных Постановлением Правительства Российской Федерации от 27.12.2004 № 861.

  Недискриминационный доступ к услугам по передаче электрической энергии предусматривает обеспечение равных условий предоставления указанных услуг их потребителям независимо от организационно-правовой формы и правовых отношений с лицом, оказывающим эти услуги.

  Потребителями услуг по передаче электрической энергии являются лица, владеющие на праве собственности или на ином законном основании энергопринимающими устройствами и (или) объектами электроэнергетики, технологически присоединенные в установленном порядке к электрической сети (в том числе опосредованно) субъекты оптового рынка электрической энергии, осуществляющие экспорт (импорт) электрической энергии, а также энергосбытовые организации и гарантирующие поставщики в интересах обслуживаемых ими потребителей электрической энергии

  Услуги по передаче электрической энергии предоставляются сетевой организацией на основании договора о возмездном оказании услуг по передаче электрической энергии.

  Договор оказания услуг по передаче электроэнергии с энергосбытовой организацией

  Договор оказания услуг по передаче электроэнергии с потребителем

  Договор оказания услуг по передаче электроэнергии и мощности со смежной сетевой организацией

  Основные принципы и методы регулирования цен (тарифов) в электроэнергетике, а также основания и порядок установления (пересмотра, применения) цен (тарифов) в электроэнергетике утверждены Постановлением Правительства Российской Федерации от 29.12.2011 № 1178 «О ценообразовании в области регулируемых цен (тарифов) в электроэнергетике».

  Правовые основы функционирования розничных рынков электрической энергии установлены Основными положениями функционирования розничных рынков, утвержденных Постановлением Правительства Российской Федерации от 04.05.2012 № 442. Этим же документом установлены Правила организации учета электрической энергии на розничных рынках (раздел X). 

  Основы регулирования отношений, связанных с введением полного или частичного ограничения режима потребления электрической энергии потребителям электрической энергии (мощности) — участникам оптового и розничных рынков электрической энергии, установлены Правилами полного и (или) частичного ограничения режима потребления электрической энергии, утвержденными Постановлением Правительства Российской Федерации от 04.05.2012 № 442.

  В соответствии с «Основными положениями функционирования розничных рынков электрической энергии», утвержденными Постановлением Правительства РФ от 4 мая 2012г. №442, субъектами розничных рынков, обеспечивающими поставки электрической энергии потребителям электрической энергии, являются:

  — исполнители коммунальной услуги;

  — гарантирующие поставщики;

  — энергосбытовые, энергоснабжающие организации;

  — производители электрической энергии (мощности) на розничных рынках;

  — сетевые организации;

  — субъекты оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике, осуществляющие оперативно-диспетчерское управление на розничных рынках (системный оператор).

  Данные субъекты электроэнергетики, в пределах своей ответственности, отвечают перед потребителями электрической энергии, приобретающими электрическую энергию (мощность) для собственных бытовых и (или) производственных нужд.

  Потребители (юридические лица) заключают договоры электроснабжения с энергосбытовыми организациями (физические лица с исполнителем коммунальной услуги), в которых эти организации берут на себя ответственность за надежность обеспечения их электроэнергией и ее качество в соответствии с требованиями соответствующих технических регламентов и иными обязательными требованиями.

  Таким образом, какие услуги по договору Вам оказывает одна из вышеперечисленных организаций — к такому субъекту энергетики необходимо обращаться по всем вопросам электроснабжения.

  Для выполнения этих функций энергосбытовые организации заключают договоры оказания услуг по передаче электроэнергии с сетевыми организациями.

  В частности, ПАО «Россети Ленэнерго» (как сетевая организация) оказывает услуги по передаче электрической энергии и осуществляет право заключения договоров оказания услуг по передаче электрической энергии с использованием объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих другим собственникам и несет ответственность перед потребителями услуг по передаче электрической энергии согласно заключенному договору на оказание этих услуг.

  Компания ПАО «Россети Ленэнерго» постоянно проводит работу по улучшению качества оказания услуг по передаче электроэнергии, в части повышения надежности электроснабжения и улучшения электромагнитной совместимости электрических сетей электроснабжения общего назначения ПАО «Россети Ленэнерго» с электрическими сетями потребителей электрической энергии. Это подтверждается соответствующими сертификатами на соответствие стандарту показателей и норм качества электрической энергии (КЭ) в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения). ПАО «Россети Ленэнерго» работает в соответствии с «Методическими указаниями по расчету уровня надежности и качества поставляемых товаров и оказываемых услуг для организации по управлению единой национальной (общероссийской) электрической сетью и территориальных сетевых организаций», утвержденными Приказом Минэнерго России от 29.11.2016 № 1256.

  Для улучшения проводимой ПАО «Россети Ленэнерго» работы, в соответствии с действующим законодательством, а также в целях повышения качества оказываемых услуг по передаче электроэнергии, просим вас обращаться в адрес организации, с которой у вас заключен договор электроснабжения, т.е. в энергосбытовую организацию (гарантирующему поставщику).

  При обращениях в адрес нашей компании энергосбытовых организаций, с которыми у ПАО «Россети Ленэнерго» заключен договор оказания услуг по передаче электроэнергии, необходимо предоставлять следующие сведения, которые должны иметь также и потребители:

  1. Копии документов о технологическом присоединении, составляемые в процессе технологического присоединения энергопринимающих устройств к объектам электросетевого хозяйства, акт об осуществлении технологического присоединения, акт разграничения балансовой принадлежности электросетей, акт разграничения эксплуатационной ответственности сторон и, при необходимости, акт согласования технологической и аварийной брони электроснабжения потребителя электрической энергии (мощности).

  2. Данные по компенсации реактивной мощности, релейной защите, управлению, автоматизации и диспетчеризации системы электроснабжения.

  3. Описание дополнительных и резервных источников электроэнергии.

  4. Фактическую нагрузку.

  Отсутствие вышеуказанной информации значительно затрудняет работу ПАО «Россети Ленэнерго» по дальнейшему повышению качества оказываемых услуг по передаче электроэнергии, а также не позволяет проводить работы по уменьшению допустимого числа часов отключения в год, не связанного с неисполнением потребителем обязательств по соответствующим договорам и их расторжением, а также с обстоятельствами непреодолимой силы и иными основаниями, исключающими ответственность гарантирующих поставщиков, энергоснабжающих, энергосбытовых и сетевых организаций и иных субъектов электроэнергетики перед потребителем в соответствии с законодательством Российской Федерации и условиями договоров.

  Обращаем ваше внимание, что согласно «Правилам полного и (или) частичного ограничения режима потребления электрической энергии», утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 4 мая 2012г. №442, невыполнение потребителем электроэнергии условий договора, касающихся обеспечения функционирования устройств релейной защиты, противоаварийной и режимной автоматики, устройств компенсации реактивной мощности или подключение потребителем, к принадлежащим ему энергопринимающим устройствам, электропотребляющего оборудования, повлекшего нарушение характеристик технологического присоединения, указанных в документах о технологическом присоединении, являются обстоятельствами, при наступлении которых вводится режим ограничения потребления электрической энергии.

  § 15. Передача электрической энергии по проводам

  Потеря напряжения в проводах линии. Передача электрической энергии от источника I (рис. 33) к приемнику 2 происходит по проводам, образующим электрическую линию. При передаче энергии возникает потеря напряжения в проводах линии

  ?U_л = IR_л (36)

  где R_л, — сопротивление проводов линии.
  

  В результате этого напряжение U₂ в конце электрической линии оказывается меньше напряжения U₁ в начале линии. Потеря напряжения в проводах линии ?U_л не является постоянной величиной, она колеблется в зависимости от силы тока нагрузки от нуля (при I = 0) до наибольшего значения (при максимальной нагрузке). Кроме того, она зависит от сопротивления R_л проводов линии,

  Рис. 33. Схема передачи электрической энергии от источника к приемнику

  т. е. от их удельной проводимости ?, площади поперечного сечения s и длины линии l_л.

  На электрифицированных железных дорогах одним из проводов, соединяющих источник питания — тяговую подстанцию с потребителем — электровозом, является контактный провод, а другим — рельсы. Поэтому под потерей напряжения в проводах ?U_л этом случае понимается суммарная потеря напряжения в контактной сети и рельсах. Потеря напряжения в линии увеличивается по мере удаления электровоза от тяговой подстанции, в соответствии с этим уменьшается и напряжение на его токоприемнике.

  Потери мощности в линии и ее к. п. д. При прохождении по линии тока I часть мощности Р₁, поступающей от источника, теряется в линии вызывая нагрев проводов, эти потери мощности

  ?P_л = I²R_л = I?U_л (37)

  Следовательно, приемник электрической энергии включенный на конце линии, будет получать меньшую мощность

  P₂ = P₁ – ?P_л (38)

  При увеличении тока I возрастают потери мощности в проводах линии ?P_л и уменьшаются к.п.д. линии и напряжение U₂, подаваемое на нагрузку.

  Практически электрическую энергию передают по проводам при ? = 0,9- 0,95, при этом сопротивление проводов линии составляет 5—10 % сопротивления нагрузки и потери энергии в них не превышают 5—10 % передаваемой мощности.
  Рассмотрим теперь, как зависят потери мощности в линии и ее к. п. д. от напряжения U₂, при котором осуществляется передача электроэнергии. Потери мощности в проводах линии

  ?P_л = I²R_л= P₂²/U₂² * 2?l_л/s_л (39)

  Следовательно, чем больше передаваемая мощность Р₂ и расстояние l_л, на которое она передается, тем больше потери мощности и энергии в проводах; чем больше площадь сечения проводов S_л и напряжение U₂ в линии передачи, тем меньше эти потери, поэтому выгоднее передавать электрическую энергию при более высоких напряжениях.
  

  
  Принципы расчета проводов. Для правильной работы приемников электрической энергии весьма важно, чтобы подаваемое к ним напряжение поддерживалось по возможности постоянным и было равно их номинальному напряжению. Понижение напряжения вызывает существенное ослабление накала электрических ламп и ухудшение режима работы электродвигателей, а увеличение по сравнению с номинальным — сокращение срока службы ламп и электрических машин.
  Электрические провода обычно рассчитывают по допустимой потере напряжения. Потеря напряжения в проводах допускается небольшой по сравнению с напряжением сети для экономии электрической энергии и обеспечения малого колебания напряжения на приемниках. В электрических сетях различного назначения допустимые потери напряжения составляют примерно 2—6 %. Исходя из этих условий и проводят расчет электрических проводов, т. е. подбор площади S_л их поперечного сечения. Ее выбирают такой, чтобы при максимальной нагрузке потери напряжения на участке от источника питания до самого удаленного приемника не превышали 2—6 % номинального напряжения. При электрической тяге выбор площади сечения контактных проводов также производят из условия, чтобы на токоприемнике электровоза действовало напряжение U₂, достаточное для нормальной работы электрических машин локомотива.

  Относительная потеря напряжения в линии, %,

  ?=(?U_л/U₂) 100 %.

  Заменяя в этой формуле ?U_л = IR_л = I2?l_л/S_л и I = P₂/U₂, получим, что поперечное сечение проводов линии

  S_л = (200?/?) (P₂i_л/U₂²) (39′)

  Из формулы (39′) следует:

  1) чем больше передаваемая мощность и чем на большее расстояние она передается, тем больше должно быть поперечное сечение проводов линии;

  2) увеличение напряжения в линии позволяет в значительной
  степени уменьшить сечение проводов линии и снизить потери мощности в ней.

  При передаче электрической энергии на дальнее расстояние широко используются выгоды, которые дает повышение напряжения. Чем большую мощность требуется передать и чем больше расстояние, на которое она передается, тем более высокое напряжение применяют в линиях электропередачи. Например, при передаче энергии от мощных электростанций (Куйбышевской, Волгоградской и др.) на расстояние 800—1000 км используют напряжение 500—750 кВ; при передаче энергии на расстояние 100—200 км— 110—220 кВ; при передаче сравнительно небольшого количества энергии на расстояние нескольких километров или десятков километров— 35 кВ. В электрических установках небольшой мощности при расположении электрических приемников вблизи от источников
  питания применяют напряжения 110, 220, 440 В (при постоянном
  токе) и 127, 220, 380, 660 В (при переменном токе).

  При электрической тяге, чем больше напряжение в контактном проводе, тем меньшую площадь сечения он будет иметь и тем на большем расстоянии могут быть расположены источники питания контактной сети (тяговые подстанции). Например, для снабжения электрической энергией трамвая, двигатели которого имеют сравнительно небольшую мощность, а контактная сеть — небольшую протяженность, используют напряжение 600 В, а на магистральных железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе (где эксплуатируются мощные локомотивы),— 3300 В. Электрификация железных дорог на переменном токе дает возможность поднять напряжение в контактной сети до 27500 В что позволяет значительно уменьшить площадь сечения проводов контактной сети и увеличить расстояние между тяговыми подстанциями по сравнению с дорогами постоянного тока. В последнее время ведутся работы по дальнейшему повышению напряжения в контактной сети на дорогах переменного тока до 2*25 кВ.

  Поставка электроэнергии и ее воздействие на окружающую среду | Энергия и окружающая среда

  Посмотреть интерактивную версию этой схемы >>

  О поставке электроэнергии

  После того, как централизованная электростанция вырабатывает электроэнергию, электроэнергия должна быть доставлена ​​конечному пользователю. Эта доставка происходит в три этапа:

  • Коробка передач. Централизованные электростанции вырабатывают электроэнергию высокого напряжения для облегчения передачи электроэнергии на большие расстояния и уменьшения количества электроэнергии, теряемой на трение в проводах.По высоковольтным линиям электропередачи электричество обычно подается на подстанцию.
  • Подстанция. Подстанции используются для кондиционирования электроэнергии при ее перемещении по сети. Подстанции могут включать в себя коммутационное, защитное и управляющее оборудование; конденсаторы; регуляторы напряжения; и трансформаторы. Подстанции могут либо «понижать», либо «повышать» уровень электроэнергии высокого или низкого напряжения, чтобы подготовить ее к дальнейшей передаче или распределению.
  • Распределение. Распределительная часть электрической сети включает линии электропередач более низкого напряжения, которые поставляют электроэнергию конечным пользователям.Распределительные сети, как правило, охватывают более короткие расстояния и включают в себя доставку электроэнергии с напряжением, обычным для потребностей конечного пользователя (например, 120 вольт для типичного дома).

  На этом графике представлена ​​средняя почасовая потребность в электроэнергии для коммунального предприятия, которое поставляет электроэнергию всем типам потребителей в теплом климате.

  Источник: данные формы 714 FERC за январь и июль с 2006 по 2013 год. Коммунальные предприятия и другие сетевые операторы работают вместе, чтобы производить и поставлять электроэнергию там, где и когда это необходимо.По большей части электричество необходимо вырабатывать, когда оно будет использоваться. Эти потребности меняются в зависимости от дня, времени и погоды. На приведенном ниже графике показаны изменения количества электроэнергии, потребляемой клиентами в час в течение типичной недели летом и типичной недели зимой.

  Доступность генерирующих мощностей также может колебаться. Например, количество солнечного света, которое может быть захвачено солнечными фотоэлектрическими панелями и преобразовано в электричество, зависит от погоды (солнечная или облачная) и угла падающего солнечного света (который зависит от сезона и времени суток).

  Коммунальные предприятия и сетевые операторы должны гарантировать, что будет произведено достаточно энергии для удовлетворения спроса, когда он будет высоким. Электростанции с базовой нагрузкой вырабатывают электроэнергию большую часть времени в году, и их часто невозможно легко выключить или перезапустить. Если потребителям требуется больше электроэнергии, чем могут обеспечить электростанции базовой нагрузки, операторы реагируют увеличением производства на централизованных генерирующих объектах, которые уже работают на более низком уровне или в режиме ожидания, импортируют электроэнергию из удаленных источников или обращаются к конечным пользователям, которые согласились потреблять меньше. электричество из сети через программы реагирования на спрос.Улучшение способности балансировать спрос и предложение на электроэнергию — одна из причин, по которой вкладываются средства в накопление энергии и модернизацию электросети.

  Поставка электроэнергии в США

  Во второй половине 20-го века коммунальные предприятия начали объединять свои системы передачи, чтобы распределять электроэнергию на большие расстояния от более крупных и централизованных электростанций. Эта система разрослась и включает в себя тысячи миль линий электропередачи и миллионы миль распределительных линий.

  Хотя одна коммунальная компания может строить и обслуживать линии передачи и распределения, эти линии часто используются несколькими коммунальными предприятиями и розничными продавцами электроэнергии. В некоторых областях региональные организации, известные как независимые системные операторы (ISO) или региональные передающие организации (RTO), в состав которых входят коммунальные предприятия, а также федеральные и государственные регулирующие органы, координируют передачу и распределение в своем регионе. В регионах, где нет установленного ISO или RTO, системы доставки обслуживаются отдельными коммунальными предприятиями.Чтобы узнать больше об ISO и RTO, посетите веб-сайт Федеральной комиссии по регулированию энергетики.

  Воздействие поставки электроэнергии на окружающую среду

  Хотя наиболее значительные воздействия электричества на окружающую среду связаны с тем, как она производится, доставка электроэнергии также может влиять на окружающую среду несколькими способами:

  • Передача и распределение приводят к некоторым потерям электроэнергии при ее перемещении от точки производства к конечному пользователю. Эти потери в совокупности называются «потерей линии».«В общем, чем больше расстояние должно пройти электричество от генератора до потребителя, тем больше потери в линии.
  • Линии электропередачи требуют регулярного обслуживания и эксплуатации. За деревьями и другими растениями возле проводов необходимо следить, чтобы они не касались проводов. В некоторых коридорах линий электропередач гербициды используются для борьбы с растительностью.
  • Когда линии электропередач и подъездные пути к ним проходят в неосвоенных районах, они могут нарушать леса, заболоченные земли и другие природные территории.

  Многие высоковольтные выключатели, переключатели и другое оборудование, используемое в системах передачи и распределения, изолированы гексафторидом серы, который является сильнодействующим парниковым газом. Этот газ может просочиться в атмосферу из-за стареющего оборудования или во время технического обслуживания и ремонта. Узнайте больше о гексафториде серы в электроэнергетических системах.

  Основы системы передачи электроэнергии

  Электроэнергетика Основы системы передачи электроэнергии

  21.04.2020 Автор / Редактор: Люк Джеймс / Erika Granath

  Передача электроэнергии включает в себя массовое перемещение электроэнергии от генерирующей площадки, такой как электростанция или электростанция, на электрическую подстанцию, где напряжение преобразуется и распределяется между потребителями или другими подстанциями.

  Связанные компании

  Технологии передачи и распределения электроэнергии (T&D) включают компоненты, используемые для передачи и распределения электроэнергии от объектов генерации до конечных пользователей.

  (Источник: Unsplash)

  Взаимосвязанные линии, по которым передается электроэнергия, известны как «передающая сеть», и они образуют систему передачи электроэнергии или, как это более широко известно, энергосистему.

  Первичная передача

  Базовое представление энергосистемы с передачей, выделенной синим цветом.

  (Источник: Solo Nunoo через ResearchGate)

  Когда она вырабатывается на электростанции, электрическая энергия обычно находится в диапазоне от 11 кВ до 33 кВ.Перед отправкой в ​​распределительные центры по линиям электропередачи он повышается с помощью трансформатора до уровня напряжения, который может находиться в диапазоне от 100 кВ до 700 кВ или более, в зависимости от расстояния, на которое оно должно быть передано; чем больше расстояние, тем выше уровень напряжения.

  Причина, по которой электрическая мощность повышается до этих уровней напряжения, состоит в том, чтобы сделать ее более эффективной за счет уменьшения потерь I2R, которые имеют место при передаче энергии. Когда напряжение повышается, ток уменьшается относительно напряжения, так что мощность остается постоянной, тем самым уменьшая эти потери I2R.

  Этот этап известен как первичная передача — передача большого количества электроэнергии от начальной генерирующей станции к подстанции по воздушным линиям электропередачи. В некоторых странах подземные кабели также используются в случаях, когда передача осуществляется на более короткие расстояния.

  Основной доклад на PCIM Digital Days 2021

  Не пропустите ключевой доклад «Проблемы, связанные с замками и возможностями HVDC Grid» от Седдика Бача, научного директора программы, SuperGrid Institute, на Цифровые дни PCIM с 3 по 7 мая 2021 года.

  Откройте для себя всю программу!

  Вторичная передача

  Когда электроэнергия достигает приемной станции, напряжение понижается до значения, обычно в пределах от 33 до 66 кВ. Затем он отправляется на линии передачи, выходящие из этой приемной станции, на электрические подстанции, расположенные ближе к «центрам нагрузки», таким как города, деревни и городские районы.Этот процесс известен как вторичная передача.

  Когда электрическая мощность достигает подстанции, она снова понижается понижающим трансформатором до напряжений, близких к тем, при которых она была произведена — обычно около 11 кВ. Отсюда фаза передачи переходит в фазу распределения, и электроэнергия используется для удовлетворения спроса первичных и вторичных потребителей.

  Следуйте за нами в LinkedIn

  Вам понравилось читать эту статью? Тогда подпишитесь на нас в LinkedIn и будьте в курсе последних событий в отрасли, продуктов и приложений, инструментов и программного обеспечения, а также исследований и разработок.

  Следуйте за нами здесь!

  (ID: 46489228)

  9 Передача и распределение электроэнергии | Энергетическое будущее Америки: технологии и трансформация

  состояния компонента или части оборудования, например, с помощью монитора вибрации, датчика температуры, датчика водорода на трансформаторе или производной оценки с использованием алгоритма износа. Автоматический анализ, такой как сравнение износа с пороговым значением, позволит сигнализировать о превышении порога управляющему активами, который затем будет выполнять техническое обслуживание.Сегодня операторы знают о состоянии оборудования только при выполнении планового технического обслуживания или при возникновении неисправности.

  В работе современной энергосистемы оптимизация может распространяться на выявление неиспользованных мощностей, что позволяет избежать запуска более дорогостоящих ресурсов генерации. Динамические данные в реальном времени показывают, когда и где такая неиспользованная генерирующая мощность доступна. Использование избыточной мощности также применимо к трансформаторам, линиям электропередачи и распределительным линиям. Например, развертывания дорогостоящего распределенного энергоресурса можно было бы избежать, если бы оператор знал, что распределительная система способна нести большую нагрузку от подстанции.

  Поскольку датчики современной системы T&D предоставляют больше данных, планирование активов также улучшается. Лица, принимающие решения, могут более экономно решать, где, что и как инвестировать в будущие улучшения сети. Будь то оптимизация активов или эффективная работа, информация в реальном времени, поступающая от современных сетевых датчиков, в сочетании с ее широким обменом и эффективной обработкой, значительно улучшит систему.

  Подробное обсуждение выбранных технологий
  Гибкая система передачи переменного тока

  Гибкая система передачи переменного тока (FACTS) представляет собой набор устройств, в основном на основе силовой электроники, которые применяются, в зависимости от необходимости, для управления одним или несколькими параметрами передачи переменного тока, такими как ток, напряжение, активная мощность и реактивная мощность. мощность — для улучшения возможности передачи мощности и стабильности.Устройства FACTS потребуются по нескольким причинам для решения проблем, связанных с модернизированными системами T&D. Они улучшат качество электроэнергии и увеличат эффективность, обеспечивая высокоскоростное управление энергосистемами, управление потоком мощности по линиям, управление напряжением и управление реактивной мощностью. Они также будут полезны для предотвращения краха и восстановления системы. Технология FACTS помогает решить многие из проблем, описанных ранее: обеспечение возможности подключения удаленных и асинхронных источников энергии, таких как ветер, солнечная энергия, топливные элементы и микротурбины; поддержка оптовых рынков электроэнергии посредством управления потоками энергии; стабилизация качелей мощности; сделать систему более безопасной и самовосстанавливающейся; и оптимизация использования имеющихся активов.

  Как работает электросеть

  Что составляет электросеть?

  Электросеть нашей страны состоит из четырех основных компонентов, каждый из которых подробно описан ниже.

  Индивидуальные генераторы

  Электроэнергия вырабатывается различными предприятиями, включая электростанции, работающие на угле и природном газе, плотины гидроэлектростанций, атомные электростанции, ветряные турбины и солнечные батареи. Расположение этих электрогенераторов и их удаленность от конечных потребителей сильно различаются.

  Эти технологии также физически отличаются, , и в результате они по-разному используются и управляются в энергосистеме. Например, некоторые типы электростанций, такие как угольные и атомные электростанции, имеют небольшую краткосрочную гибкость в регулировании выработки электроэнергии; увеличение или уменьшение выработки электроэнергии занимает много времени [1].

  Другие установки, такие как установки, работающие на природном газе, могут быть быстро расширены и часто используются для удовлетворения пикового спроса.Более разнообразные технологии, такие как ветровая и солнечная фотоэлектрическая энергия, обычно используются всякий раз, когда они доступны, в значительной степени потому, что их топливо — солнечный свет и ветер — является бесплатным.

  В любой момент времени также всегда существует «резервный запас», определенный объем резервных генерирующих мощностей, которые доступны для компенсации потенциальных ошибок прогнозирования или неожиданных остановов электростанции. Спрос на электроэнергию, ее предложение, запасы наценки и сочетание технологий производства электроэнергии постоянно контролируются и управляются операторами сети, чтобы обеспечить бесперебойную работу всего.

  Электрогенераторы принадлежат электроэнергетическим компаниям или коммунальным предприятиям, которые, в свою очередь, регулируются Комиссией по коммунальным предприятиям штата (PUC) или Комиссией по коммунальным услугам (PSC). PUC и PSC — это независимые регулирующие органы, назначаемые законодательным собранием штата. Генераторы могут быть построены только с одобрения PUC или PSC, и эти агентства устанавливают соответствующие тарифы на электроэнергию в пределах своего штата, которые коммунальные предприятия должны соблюдать [2].

  Линии передачи

  Линии электропередачи необходимы для передачи электроэнергии высокого напряжения на большие расстояния и соединения генераторов электроэнергии с потребителями электроэнергии.

  Линии электропередачи представляют собой воздушные линии электропередач или подземные силовые кабели. Воздушные кабели не изолированы и уязвимы к погодным условиям, но их установка дешевле, чем подземные силовые кабели. Воздушные и подземные линии электропередачи выполнены из алюминиевого сплава и армированы сталью; подземные линии обычно изолированы [3].

  Линии электропередачи находятся под высоким напряжением, потому что это снижает долю электроэнергии, теряемой при транспортировке, — в среднем около 6% в США [4].Когда электричество течет по проводам, часть его рассеивается в виде тепла в результате процесса, называемого сопротивлением. Чем выше напряжение на линии электропередачи, тем меньше электроэнергии она теряет. (Большая часть электрического тока протекает вблизи поверхности линии передачи; использование более толстых проводов минимально повлияет на потери при передаче.)

  Напряжение на уровне передачи обычно составляет 110 000 вольт или 110 кВ или выше, при этом некоторые линии передачи имеют напряжение до 765 кВ [5].Однако генераторы вырабатывают электроэнергию при низком напряжении. Чтобы сделать возможной передачу электроэнергии высокого напряжения, электричество сначала необходимо преобразовать в более высокое напряжение с помощью трансформатора.

  Эти высокие напряжения также значительно превышают то, что вам нужно в вашем доме, поэтому, когда электричество приближается к конечным потребителям, другой трансформатор преобразует его обратно в более низкое напряжение, прежде чем оно попадет в распределительную сеть.

  Линии электропередачи сильно взаимосвязаны для резервирования и повышения надежности электроснабжения, как показано на этой карте U.С. линий электропередачи показывает. В Соединенных Штатах есть три основные сети электропередачи: Западная межсетевая связь, Восточная межсоединение и Совет по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT).

  Как и генераторы электроэнергии, линии электропередачи должны быть одобрены государством (PUC или PSC) перед строительством. Однако оптовые сделки с электроэнергией, которые заключаются между региональными сетевыми операторами, регулируются национальным агентством, именуемым Федеральной комиссией по регулированию энергетики (FERC) [6].

  FERC регулирует электросеть в более широком масштабе, чем PUC, и может разрешать споры между различными участниками рынка в сети. Сетями передачи иногда управляют коммунальные предприятия, но некоторые сети управляются отдельными объектами, известными как независимые системные операторы (ISO) или региональные передающие организации (RTO). Эти компании способствуют конкуренции между поставщиками электроэнергии и обеспечивают доступ к передаче путем планирования и мониторинга использования линий передачи.

  Распределение

  Распределительная сеть — это просто система проводов, которые собираются там, где заканчиваются линии передачи. Эти сети начинаются с трансформаторов и заканчиваются домами, школами и предприятиями. Распределение регулируется на уровне штата PUC и PSC, которые устанавливают розничные тарифы на электроэнергию в каждом штате.

  Потребительское использование или «нагрузка»

  Передающая сеть заканчивается, когда электричество, наконец, попадает к потребителю, позволяя включать свет, смотреть телевизор или запускать посудомоечную машину.Образцы нашей жизни складываются из меняющегося спроса на электроэнергию по часам, дням и сезонам, поэтому управление энергосистемой является сложным и жизненно важным для нашей повседневной жизни.

  Давайте поговорим об энергии — Распределение и передача

  Что такое энергия?

  По дороге в школу, заводим машину, зажигаем лампочку. Все эти «системы» используют энергию. Энергия — это измеримая способность системы выполнять работу. Большая часть энергии попадает в одну из двух категорий: потенциальная, которая сохраняется для дальнейшего использования, и кинетическая, энергия движения, используемая сейчас.

  ^{Джером Марти}

  Источники энергии: как мы их используем?

  Энергия приходит к нам в повседневной жизни в виде электричества или топлива.

  Электроэнергия вырабатывается из различных источников, включая уголь, атомную энергию, гидроэнергетику, ветер, активную солнечную энергию, геотермальную энергию, биомассу и приливные воды. Электроэнергия отправляется потребителям через электросеть.

  Мы используем нефть и природный газ в основном для транспорта и отопления, но эти виды топлива также могут производить электричество.

  Некоторые источники энергии, такие как биомасса и геотермальная энергия, используются для отопления жилых помещений.

  Что такое электричество?

  Электричество переносит энергию. Это поток отрицательно заряженных электронов. Скорость, с которой эти частицы проходят определенную точку каждую секунду, называется силой тока, а сила, которая их толкает, называется напряжением.

  Как вырабатывается электроэнергия?

  Для производства электроэнергии для сети нам нужны три вещи: источник энергии, турбина и генератор.Источник энергии — текущая вода, пар или ветер — вращает турбину, которая вращает вал. Вал передает механическую энергию от турбины к генератору. Катушки из медной проволоки в генераторе движутся через магнитное поле, создавая поток электронов.

  Электроэнергия вырабатывается из различных источников, включая уголь, атомную энергию, гидроэнергетику, ветер, активную солнечную энергию, геотермальную энергию, биомассу и приливные воды. Электроэнергия отправляется потребителям через электросеть.

  ^{Иона Теодереску}

  Как нам передается и распределяется электроэнергия?

  В прошлом одна и та же компания часто производила, передавала и распределяла электроэнергию, но теперь дерегулирование позволяет проводить специализацию.Это означает, что одна компания в Квебеке может производить электроэнергию, другая компания может передавать ее в Соединенные Штаты, где третья может распределять ее среди потребителей.

  На большей части территории Канады линии передачи могут передавать от 115 000 до 500 000 вольт, в то время как линии в Квебеке передают до 735 000 вольт.

  Более новая и умная сеть

  Наша энергосистема работает в современном мире, но через сто лет наша сеть передачи и распределения нуждается в капитальном ремонте.Инновационные разработки оборудования и новые коммуникационные технологии будут играть важную роль в сети следующего поколения.

  «Умная сеть» будет координировать электрическую энергию, получаемую от традиционных электростанций, работающих на ископаемом топливе, и гидроэлектростанций, а также будет интегрировать электричество от ветряных и солнечных источников. Быстро реагируя на колебания спроса, интеллектуальная сеть сокращает расходы на обслуживание и повышает надежность. Клиенты будут отслеживать свое потребление и расходы в режиме реального времени.Коммунальные предприятия смогут дистанционно регулировать подачу электроэнергии в часы пик.

  Эта страница содержит материалы, предоставленные: CSTMC, Pollution Probe

  Передача электроэнергии при высоком напряжении

  От побережья до побережья электричество передается по высоковольтным линиям электропередачи, чтобы обеспечить электроэнергией наши дома. В некоторых частях сетки в США Штаты, электричество передается напряжением до 500 000 вольт. Потребность в высоком напряжении передачи возникает, когда необходимо передать большое количество энергии. на большое расстояние.

  Почему высокое напряжение

  Основная причина того, что мощность передается при высоком напряжении, заключается в повышении эффективности. Поскольку электричество передается на большие расстояния, существуют неотъемлемые потери энергии в пути. Передача высокого напряжения сводит к минимуму потери мощности при перетекании электричества из одного места в другое. Как? Чем выше напряжение, тем меньше ток. Чем меньше ток, тем меньше потери сопротивления в проводниках. И когда сопротивление теряет низки, малы и потери энергии.Инженеры-электрики учитывают такие факторы, как передаваемая мощность. и расстояние, необходимое для передачи при определении оптимального напряжения передачи.

  Есть также экономическая выгода, связанная с передачей высокого напряжения. Более низкий ток, который сопровождает передачу высокого напряжения, снижает сопротивление в проводниках, поскольку электричество течет по кабелям. Это означает, что тонкие и легкие провода можно использовать для передачи на большие расстояния. Как результат, Опоры электропередачи не должны проектироваться так, чтобы выдерживать вес более тяжелых проводов, которые могут быть связаны с большим током.Эти соображения сделать передачу высокого напряжения на большие расстояния экономичным решением.

  Рынок высокого напряжения

  В последние годы быстрорастущий рынок возобновляемых источников энергии сыграл особенно большую роль на рынке высокого напряжения. Как более возобновляемые источники локализованных Электроэнергетика будет запущена, спрос на передачу высокого напряжения будет продолжать расти.

  По всей территории Соединенных Штатов замена и модернизация существующей инфраструктуры передачи, а также добавление новых мощностей генерации и передачи являются ключевыми драйверами для рынка высокого напряжения.

  О бета-версии

  Beta Engineering спроектировала и построила множество высоковольтных проектов по всей стране. Мы специализируемся на услугах EPC для подстанции с газовой изоляцией (КРУЭ), распределительные устройства и подстанции, ФАКТЫ и ЛЭП высокого напряжения. Взгляните на избранные проекты из нашего портфолио, чтобы узнать больше о решениях EPC, которые может предоставить вам бета-версия.

  Electric Power Transmission Networks — обзор

  1 Введение

  Планирование расширения передающей сети (TEP) всегда было важной частью исследований энергосистемы, целью которых является поиск оптимальной конфигурации сетевой структуры с учетом роста нагрузки и планов генерирующих систем для безопасной и экономичной передачи электроэнергии.Как правило, вопросы, касающиеся расположения линий передачи, времени установки и типа линий передачи, решаются в TEP, что в значительной степени зависит от планов генерации. Фактически, геометрические вопросы и затраты на передачу электроэнергии игнорируются в исследованиях расширения производства; поэтому для изменения этих планов используется планирование передачи. В этом отношении оптимальный план для энергосистемы будет достигнут путем согласования этих двух планов.

  TEP более сложен по сравнению с секцией генерации из-за учета реальной конфигурации линий передачи и огромного количества переменных решения, а также нелинейных ограничений.В последние годы энергетические системы столкнулись с серьезными проблемами из-за экологических проблем, роста цен на ископаемое топливо и истощения их резервуаров наряду с включением возобновляемых ресурсов в систему генерации. Следовательно, более важным представляется планирование гибких, надежных и экономичных энергосистем [1,2].

  Хотя TEP является одним из основных аспектов исследований по принятию решений в энергосистемах, который позволяет эффективно развивать энергосистему, изменения в секции генерации, такие как увеличение интеграции возобновляемых источников энергии в секции распределения, и появление интеллектуальные сети увеличили неопределенность в исследованиях энергосистем.Одной из основных проблем на участке передачи является влияние перегрузки линии на транзакции электроэнергии и электроэнергии между различными узлами. Перегрузка линии препятствует перетоку мощности от узла с более низкой стоимостью к узлам с более высокой стоимостью. В связи с этим, перегрузка линий не только делает цены на конечные узлы нестабильными, но также оказывает негативное влияние на цены других узлов. Следовательно, разработка эффективных инструментов, которые могут надлежащим образом учитывать эти проблемы в исследованиях расширения передачи, кажется важной.

  В реструктурированной энергосистеме линии передачи играют важную роль в создании конкуренции между различными участниками рынка электроэнергии; поэтому расширение передачи следует планировать с учетом требований рынка. Кроме того, еще одним фактором, который недавно заинтересовал исследователей, является рассмотрение воздействия прерывистого и неконтролируемого характера возобновляемых ресурсов в ТЭЦ. Эта проблема обострилась с переходом энергосистем к приватизации.Одной из важных и нерешенных проблем на рынках электроэнергии является право собственности на передающую сеть как связующее звено между частными генерирующими компаниями (GenCos) и потребителями. В некоторых странах за сеть передачи отвечает независимый системный оператор (ISO), тогда как в других странах существуют передающие компании (Transco) [3].

  ТЭП рассматривается с точки зрения экономики и надежности. Целью экономических планов является экономичная передача энергии в распределительные сети и точки нагрузки, в то время как планы надежности предназначены для поддержания надежности энергосистем на удовлетворительном уровне.Владельцы линий электропередачи (Transco) обязаны выполнить эти планы в течение определенного периода времени. Согласно планам надежности, инвестиции основаны на договоренностях. С другой стороны, в экономических планах передача недорогой и доступной энергии к точкам нагрузки не является обязательной. В связи с тем, что инвестиции в передающую сеть подвержены высокому уровню риска, план с меньшим риском вложений и более высокой нормой прибыли будет более привлекательным для инвесторов [2].

  Инвестиции в установку новых линий электропередачи столкнулись с новыми проблемами энергосистем, связанными со значительной интеграцией возобновляемых ресурсов из-за неопределенностей в их выработке. Высокий уровень проникновения возобновляемых ресурсов требует перестройки сети таким образом, чтобы доля этих ресурсов в секции генерации постепенно увеличивалась. Более того, дерегулирование в энергосистемах создает новую неопределенность для проблемы. Возникшая недавно неопределенность в планах расширения передающих сетей включает нагрузку на различные узлы, выработку энергии ветряных электростанций, генерируемую и запланированную мощность обычных генераторов, доступность генераторов, линий и других компонентов сети, рост генерации и нагрузки, рыночные правила и затраты. расширений.В связи с этим исследователи недавно сосредоточили внимание на рассмотрении этих неопределенностей в TEP с различных аспектов.

  ТЭП доставляет ряд неудобств проектировщикам систем из-за нелинейного характера его математической модели. Эта проблема принятия решений моделируется как задача оптимизации смешанного целочисленного нелинейного программирования, и в литературе предлагается несколько методов решения этих задач. Цель этой модели — снизить общие затраты, включая инвестиции в передающую сеть, эксплуатацию системы и потерю нагрузки.Как поток литературы, четыре типа математических моделей, которые включают модель потока нагрузки постоянного тока, транспортную модель, гибридную модель и дизъюнктивную или линейную модель, рассматриваются для планирования расширения проблемы передающей сети в работе. [4]. Также эта проблема может быть решена с помощью инновационных методов, таких как генетический алгоритм и алгоритм поиска Табу, который очень похож на генетический алгоритм [5,6]. Кроме того, метод разделения ветвей и границ (B&B) может использоваться для решения моделей потока нагрузки постоянного тока и транспортных моделей ТЭЦ [7,8], тогда как двухуровневые модели могут использоваться для решения проблемы, в которой инвестиционная проблема рассматривается в верхний уровень [9].Появление программ реагирования на спрос и интеграция возобновляемых ресурсов изменили экономические исследования планирования передачи. Таким образом, планирование расширения передающей сети не только снижает затраты на энергосистемы в этой ситуации, но также устраняет необходимость в установке новых энергоблоков. Для решения этих проблем можно использовать итерационные методы, такие как Gauss-Seidel [10]. В исх. В [11] проблема TEP в условиях долгосрочной и краткосрочной неопределенностей представлена ​​как проблема адаптивной робастной оптимизации (RO).Долгосрочные факторы неопределенности включают рост нагрузки и увеличение генерирующих мощностей, которые меняются с годами; однако краткосрочные неопределенности включают изменение нагрузки, изменчивость выработки энергии из возобновляемых источников и изменение доступности оборудования в течение года. В работах. [12,13], проблема TEP решается с помощью нового подхода многоступенчатого RO с учетом таких неопределенностей, как нагрузки и генерация ветровой энергии. В этой модели компактная структура переформулирована с использованием смешанных бинарных и линейных решающих правил. Авторы в исх.[14] представляют подход стохастического адаптивного RO в задаче планирования расширения генерации и передачи. Хотя будущая пиковая нагрузка и будущая стоимость выработки (топлива) представлены как долгосрочные неопределенности, изменение нагрузки и производство стохастических единиц рассматриваются как краткосрочные неопределенности. Наконец, модель линий передачи, генераторов и устройств FACTS в энергосистеме, представленная в работе. [15] решается путем всестороннего и надежного планирования, включая требования к гибкости, сроку строительства и стоимости.Изменение почасовой чистой нагрузки, включая выработку энергии ветра и кривую нормальной годовой продолжительности чистой нагрузки, вводится как неопределенность, которая называет погрешность изменения почасовой чистой нагрузки (HLRU) и неопределенность кривой продолжительности годовой чистой нагрузки (LDCU), соответственно.

  Рассматривая новые аспекты и проблемы в планировании расширения передающей сети, эта глава направлена ​​на то, чтобы предложить инновационные модели для применения стратегий моделирования неопределенностей и объяснить, как эти стратегии могут быть реализованы в TEP со значительным проникновением неопределенностей, путем обзора основных недавних работ.

  No related posts.