Устройство ЭС, ПС и ЛЭП - Организация электроснабжения

Глава III
ОРГАНИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Электроснабжение потребителей в ряде случаев осуществляется от местных электростанций, не связанных с другими. Такие электростанции характерны для удаленных районов с относительно небольшими промышленными нагрузками, ввиду чего мощность их, как правило, незначительна. Промышленные же районы снабжаются электроэнергией одновременно от нескольких электростанций, которые объединены электрическими сетями.
В систему передачи электроэнергии входят подстанции различного назначения и линии электропередачи: воздушные, прокладываемые над землей на специальных опорах, и подземные, прокладываемые в земле.
В Советском Союзе электростанции вырабатывают трехфазный переменный ток частотой 50 Гц, который можно трансформировать по величине напряжения.

Как известно, электрическую мощность трехфазного переменного тока определяют по формуле

где U — напряжение;
I — сила тока;
cos φ — коэффициент мощности.
Отсюда сила тока при одной и той же мощности обратно пропорциональна напряжению:

Рис. 2. Принцип передачи электроэнергии от электростанции к потребителям

Следовательно, чем выше напряжение, тем меньше сила тока в линии, по которой передается определенная мощность.
Меньшая сила тока позволяет применить для передачи электроэнергии провода меньших сечений.
Генераторы крупных электростанций вырабатывают электроэнергию напряжением от 6,3 до 21 кВ. При передаче электроэнергии на большие расстояния напряжение приходится повышать. Для этого на электростанциях сооружают повышающие трансформаторные подстанции.
В то же время все основные электроприемники и сети потребляющих электроустановок строят на напряжения не выше 660 в, чтобы, во-первых, обеспечить необходимые условия безопасности их использования на производстве и в быту, а во-вторых, уменьшить громоздкость и сложность выполнения изоляции сетей. Для понижения напряжения в местах потребления электроэнергии сооружают понижающие трансформаторные подстанции.
Принцип передачи электроэнергии переменным током от электростанции к потребителям показан на рис. 2.
В ряде отраслей промышленности и на транспорте применяют электродвигатели постоянного тока, в частности, их используют в тех случаях, когда по условиям технологического процесса требуется плавная и в большом диапазоне регулировка скоростей.

Постоянный ток необходим также для электролитического и ряда других производств.
Получают постоянный ток на преобразовательных подстанциях путем выпрямления переменного тока посредством выпрямителей.
Постоянный ток применяют и для передачи электроэнергии на большие расстояния. Передача постоянного тока обходится дешевле и потери электроэнергии при этом меньше, чем при передаче переменного тока (так как отсутствует индуктивность).
При передаче электроэнергии постоянным током в начале линии сооружают подстанцию, оборудованную повышающими трансформаторами и мощными выпрямителями (ртутными вентилями), преобразующими переменный ток в постоянный. В конце такой линии устанавливают инверторы, преобразующие принятый постоянный ток в переменный, и понижающие трансформаторы.
Таким образом, и в этом случае производство и распределение электрической энергии осуществляется трехфазным переменным током и только основная линия электропередачи работает на постоянном токе.
В Советском Союзе уже несколько лет действует опытная кабельная линия электропередачи постоянным током. По этой линии передается электроэнергия из Каширы в Москву. Ее длина 112 км, напряжение постоянного тока 200 кВ, передаваемая мощность 30 тыс. кВт. В настоящее время закончено сооружение ряда линий электропередачи постоянным током, в частности линии от Волгоградской ГЭС в Донбасс протяженностью около 1000 км и напряжением 800 кВ.

§ 7. Номинальное напряжение

Производство, передача, распределение и потребление электроэнергии происходят при определенных величинах напряжения, называемого номинальным.
Номинальным напряжением Правила устройства электроустановок называют напряжение, указанное на фабричном паспорте (в виде таблички, щитка, клейма) электроприемника, генератора, трансформатора. Электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением присоединенных к ней электроприемников.
Указанное на паспорте номинальное напряжение обеспечивает нормальную работу электрооборудования. В соответствии с этим напряжением выполняется изоляция электрооборудования и сетей, которая при действии номинального напряжения и тока сохраняет свои диэлектрические качества.
Кроме номинального напряжения изоляции электрооборудования характеризуется испытательным напряжением. Испытательное напряжение обычно составляет трехкратную величину номинального напряжения.
Правила устройства электроустановок, учитывая различия в конструкции аппаратов, машин, приборов, сетей и т. п., а также в сооружении и эксплуатации электроустановок разных напряжений, подразделяют их на электроустановки напряжением до 1000 в и электроустановки напряжением свыше 1000 в.
Государственный стандарт (ГОСТ 721—62) предусматривает для электрических сетей общего назначения постоянного и переменного тока частотой 50 Гц и для присоединяемых к ним источников и приемников электроэнергии приведенные в табл. 1—4 величины стандартных номинальных напряжений.
Таблица 1
Номинальные напряжения (в) для электроустановок напряжением до 100 в

Таблица 2
Номинальные напряжения (в) для электроустановок постоянного тока напряжением 100—1 000 в
Сети и приемники
электрической            Источники питания
энергии                      |

Питающие сети электроосвещения строят четырехпроводными напряжением 220/127 и 380/220 в (три фазы и нулевой провод от нулевой точки трансформатора), при этом лампы присоединяют к двухпроводным линиям, включенным на фазное напряжение, т. е. соответственно на 127 или 220 в (см. § 8). Для электродвигателей общепромышленного назначения применяют напряжения 220, 380 и 660 в (чаще всего 380 в).
Мощные электродвигатели специальных установок изготовляют на напряжения 3, 6 и 10 кВ.
Внутри промышленные и городские распределительные сети обычно выполняют на напряжение 6 или 10 кВ. Напряжение 35 кВ и выше применяют исключительно для дальних линий электропередачи и для «глубоких вводов» электроэнергии в крупные центры ее потребления.

Таблица 3
Номинальные напряжения (в) для электроустановок переменного тока напряжением 100—1 000 в

Таблица 4
Номинальные напряжения и наибольшие рабочие напряжения (кВ) для электроустановок напряжением свыше
1 000 в

Примечания. 1. Номинальные напряжения первичных обмоток трансформаторов 3,15; 6,3; 10,5 и 21 кВ относятся к трансформаторам, присоединяемым непосредственно к шинам генераторного напряжения электрических станций или к выводам генераторов.
2. Для турбогенераторов мощностью 100 Мет и выше, гидрогенераторов мощностью 50 Мет и выше и присоединяемых непосредственно к ним первичных обмоток трансформаторов, а также для соответствующих электрических аппаратов допускаются номинальные напряжения 13,8; 15,75; 18 и 20 кВ.

Согласно ГОСТ 721—62 номинальное напряжение для генераторов и вторичных обмоток силовых трансформаторов (генераторное напряжение) предусматривается на 5—10% выше номинального напряжения соответствующих электроприемников и их сетей (эксплуатационного напряжения).
Разность между эксплуатационным и генераторным напряжениями в 5—10% покрывает неизбежные потери напряжения в электрических сетях на участке от генератора или трансформатора до электроприемника или первичной обмотки следующего трансформатора.