Характеристика передачи электроэнергии переменным и постоянным током

1. Общая характеристика систем передачи и распределения электрической энергии

Лекция 1
Основные понятия, термины и определения.
Характеристика передачи электроэнергии
переменным и постоянным током

2.

Электростанция — электроустановка, служащая для
производства (генерации) электрической энергии в
результате преобразования энергии, заключенной в
природных энергоносителях (уголь, газ, вода и др.) при
помощи турбо- и гидрогенераторов.
Подстанция — электроустановка, предназначенная
для приема, преобразования (трансформации) и
распределения электроэнергии, состоящая из
трансформаторов (автотрансформаторов) и других
преобразователей ЭЭ, распределительных и
вспомогательных устройств.

3.

Центр, источник электропитания — источник ЭЭ, на сборных шинах
(зажимах) которого осуществляется автоматическое регулирование
режима напряжения. Наряду с электростанциями, это шины подстанции с
трансформаторами, оснащенными регуляторами напряжения под
нагрузкой (РПН), регулируемыми источниками реактивной мощности,
линейными регуляторами и др.
Распределительное устройство (РУ) — электроустановка, входящая в
состав любой подстанции, предназначенная для приема и распределения
электроэнергии на одном напряжении (до 1000В и более). РУ содержат
коммутационные аппараты, устройства управления, защиты, измерения и
вспомогательные сооружения.
Наряду с подстанциями, электрическая энергия может распределяться
на распределительных пунктах — устройствах, предназначенных для
приема и распределения ЭЭ на одном напряжении (без трансформации) и
не входящих в. состав подстанции.

4.

Линия электропередачи (ЛЭП) — электроустановка,
предназначенная для передачи электрической энергии на
расстояние с возможным промежуточным отбором. Линии
выполняют воздушными, кабельными, а также в виде
токопроводов на промышленных предприятиях и
электростанциях и внутренних проводок в зданиях и
сооружениях.
Потребитель ЭЭ, электроприемник (ЭП) — аппарат,
агрегат, механизм (электродвигатель, преобразователь,
светильник и др.), потребляющий или преобразующий ЭЭ в
другие виды энергии. С позиции структурной иерархии
системы передачи и распределения ЭЭ к потребителям
может быть отнесена совокупность электрических нагрузок
(ЭН) (дом, поселок, завод и т.д.), получающих электропитание с шин подстанций того или иного напряжения

5. Исторический экскурс: 

Исторический экскурс:
Электрическая энергия долгое время была лишь объектом экспериментов
и не имела практического применения. Первые попытки полезного
использования электричества были предприняты во второй половине XIX
века, основными направлениями использования были недавно
изобретённый телеграф, гальванотехника, военная.
Источниками электричества поначалу служили гальванические
элементы. Существенным прорывом в массовом распространении
электроэнергии стало изобретение электромашинных источников
электрической энергии — генераторов. По сравнению с гальваническими
элементами, генераторы обладали большей мощностью и ресурсом
полезного использования, были существенно дешевле и позволяли
произвольно задавать параметры вырабатываемого тока.
Именно с появлением генераторов стали появляться первые
электрические станции и сети — электроэнергетика становилась
отдельной отраслью промышленности. Первой в истории линией
электропередачи (в современном понимании) стала линия Лауфен —
Франкфурт, заработавшая в 1891 году.

6.

7.

Протяжённость линии составляла 170 км, напряжение 28,3 кВ,
передаваемая мощность 220 кВт. Важным этапом стало изобретение
электрического трамвая: трамвайные системы являлись крупными
потребителями электрической энергии и стимулировали наращивание
мощностей электрических станций. Во многих городах первые
электрические станции строились вместе с трамвайными системами.
Начало XX века было отмечено так называемой «войной токов» —
противостоянием промышленных производителей постоянного и
переменного токов. Постоянный и переменный ток имели как
достоинства, так и недостатки в использовании.
Решающим фактором стала возможность передачи на большие
расстояния — передача переменного тока реализовывалась проще и
дешевле, что обусловило его победу в этой «войне»: в настоящее время
переменный ток используется почти повсеместно. Тем не менее, в
настоящее время имеются перспективы широкого использования
постоянного тока для дальней передачи большой мощности.

8.

Линии электропередачи представляют собой
металлический проводник, по которому проходит
электрический ток. Электроснабжение в
подавляющем большинстве случаев — трёхфазное,
поэтому линия электропередачи, как правило,
состоит из трёх фаз, каждая из которых может
включать в себя несколько проводов.
Конструктивно линии электропередачи делятся
на воздушные и кабельные.

9.

o Воздушные ЛЭП подвешены над поверхностью земли на безопасной
высоте на специальных сооружениях, называемых опорами. Основным
достоинством воздушных линий электропередачи является их
относительная дешевизна по сравнению с кабельными. Также гораздо
лучше ремонтопригодность (особенно в сравнении с бесколлекторными
КЛ): не требуется проводить земляные работы для замены провода,
ничем не затруднён визуальный осмотр состояния линии.
Однако у воздушных ЛЭП имеется ряд недостатков: широкая полоса
отчуждения - в окрестности ЛЭП запрещено ставить какие-либо
сооружения и сажать деревья; незащищённость от внешнего воздействия,
например, падения деревьев на линию и воровства проводов.
По причине уязвимости, на одной воздушной линии часто оборудуют две
цепи: основную и резервную. Эстетическая непривлекательность; это
одна из причин практически повсеместного перехода на кабельный
способ электропередачи в городской черте.
Для воздушных линий переменного тока принята следующая шкала
классов напряжений: переменное – 0.4, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 400,
500, 750, 1150 кВ; постоянное – 400, 800 кВ

10.

11.

На рис. 1.1 представлена схема, изображающая связь объектов,
участвующих в технологическом процессе обеспечения
потребителей электрической энергией [4]. В соответствии с
данной схемой, элементами системы передачи и распределения
ЭЭ являются:
линии электропередачи различных конструкций и напряжений
(W), устройства продольной и поперечной компенсации (КУ)
параметров ЛЭП (установки продольной компенсации и
шунтирующие реакторы);
трансформаторные подстанции (силовые трансформаторы (Т) и
автотрансформаторы, выключатели, разъединители, контрольноизмерительные приборы и т. п.);
источники реактивной мощности (ИРМ) (конденсаторные
батареи, синхронные и статические тиристорные компенсаторы);
устройства защиты и автоматики, т. е. автоматические регуляторы
(АР), устройства релейной защиты (РЗ) и противоаварийной
автоматики (ПА), средства диспетчерского и технологического
управления (СДТУ).

12.

В современных условиях отдельные электропередачи и в целом системы
должны обеспечивать бесперебойное электроснабжение всех ЭП при
любых возможных повреждениях в системах передачи и распределения
электроэнергии технически сложно и экономически нецелесообразно.
Классификация ЭП по требуемой степени надежности электроснабжения
и путях ее обеспечения рассматривается в главах 11 и 12.
Электропередача (рис. 1.1) — это линия с повышающей и понижающей
подстанциями, служащая для транзитной передачи электроэнергии от
станции к концентрированному потребителю, получающему
электроэнергию от шин низшего напряжения понижающей подстанции.
Электрическая сеть (рис. 1.1) — объединение преобразующих
подстанций, распределительных устройств, переключательных пунктов и
соединяющих их линий электропередачи, предназначенных для передачи
ЭЭ от электростанции к местам потребления и распределения ее между
потребителями. Электрическая сеть эквивалентна развитой
высоковольтной сети электропередач. Отдельная электропередача в узком
смысле представляет собой электрическую есть (рис. 1.1). Развитая
электрическая сеть, как по составу электроустановок, так и по
функциональному назначению образует систему передачи и
распределения электроэнергии.

13.

Электроэнергетическая (электрическая) система (ЭЭС) — совокупность
электрической части электростанций, электрических сетей (сетей электропередач)
и потребителей электроэнергии (электроприемников), а также устройств
управления, регулирования и защиты, объединенных в одно целое общностью
режима и непрерывностью (одновременностью) процессов производства, передачи
и потребления электрической энергии.
Энергетическая система (энергосистема) — объединение электростанций,
электрических и тепловых сетей (ТС) и ряда установок и устройств для производства, передачи, распределения и потребления электрической и тепловой энергии
(рис. 1.1). Установки и устройства: источники энергии — паровые котлы (ПК) или
гидротехнические сооружения (ГТС), турбины (Т), генераторы (Г), нагрузки —
потребители электрические (ЭН) и тепловые (ПТ) и др.
Более широким понятием, чем электрическая сеть, является понятие «система
электроснабжения». Она объединяет в себе все электроустановки, предназначенные для обеспечения потребителей электрической энергией. Из рис. 1.1 ясно, что система электроснабжения эквивалентна (с учетом ЭП) электрической
части энергетической системы — электроэнергетической системе.
https://www.youtube.com/watch?v=k8LPoUf3-ps

14. Атомная электростанция (АЭС)

Атомная электростанция (АЭС) - комплекс технических сооружений,
предназначенных для выработки электрической энергии путём использования
энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции.
Атомные электростанции классифицируются в соответствии с установленными на
них реакторами:
Реакторы на тепловых нейтронах, использующие специальные замедлители для
увеличения вероятности поглощения нейтрона ядрами атомов топлива
Реакторы на лёгкой воде
Реакторы на тяжёлой воде
Реакторы на быстрых нейтронах
Субкритические реакторы, использующие внешние источники нейтронов
Термоядерные реакторы
Атомные станции по виду отпускаемой энергии можно разделить на:
Атомные электростанции (АЭС), предназначенные для выработки только
электроэнергии
Атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), вырабатывающие как электроэнергию,
так и тепловую энергию

15.

16.

На рисунке показана схема работы атомной электростанции с двухконтурным водоводяным энергетическим реактором.
Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю
первого контура. Далее теплоноситель поступает в теплообменник
(парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при
этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы. На выходе из
турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды,
поступающим из водохранилища.
Или более простыми словами в реакторе распадается ядерное топливо, при
его распаде происходит выделение тепловой энергии, которая кипятит воду,
в свою очередь, появившийся пар крутит турбину, а та вращает
электрогенератор, который уже и вырабатывает электричество.
Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую
конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре во
время работы реактора, возникающих за счёт теплового расширения
теплоносителя. Давление в 1-м контуре может доходить до 160 атмосфер (ВВЭР1000).
https://www.youtube.com/watch?v=_tcQpa
wPN_g&t=99s

17.

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или
сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования
кинетической энергии ветра в электрическую.
Ветрогенераторы можно разделить на две категории:
промышленные и домашние (для частного
использования). Промышленные устанавливаются
государством или крупными энергетическими
корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в
результате получается ветряная электростанция. Её
основное отличие от традиционных (тепловых,
атомных) — полное отсутствие, как сырья, так и
отходов. Единственное важное требование для ВЭС
— высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность
современных ветрогенераторов достигает 6 МВт.
https://www.youtube.com/watch?v=WdZAQMM-c8M

18. Тепловые электростанции

Наиболее распространены тепловые электрические станции (ТЭС),
использующие тепловую энергию, выделяемую при сжигании
органического топлива (твердого, жидкого и газообразного).
На тепловых электростанциях вырабатывается около 76%
электроэнергии, производимой на нашей планете. Это обусловлено
наличием органического топлива почти во всех районах нашей
планеты; возможностью транспорта органического топлива с места
добычи на электростанцию, размещаемую близ потребителей
энергии; техническим прогрессом на тепловых электростанциях,
обеспечивающим сооружение ТЭС большой мощностью;
возможностью использования отработавшего тепла рабочего тела и
отпуска потребителям, кроме электрической, также и тепловой
энергии (с паром или горячей водой) и т.п.
https://www.youtube.com/watch?v=3lpwxV
TkpQo

19.

На схеме представлена классификация тепловых электрических
станций на органическом топливе.