Преобразование потенциальной энергии различных видов топлива (газа, торфа, угля, сланцев, продуктов нефти и др.), энергии атома, а также энергии солнца, воды, потоков воздуха (ветра) в электрическую происходит на электрических станциях. На станции устанавливают первичные двигатели (тепловые, гидравлические и др.), которые приводят во вращение синхронные генераторы трехфазного переменного тока.
Электрические станции — это своеобразные предприятия, продукцией которых является электрическая энергия. Количество выработанной электроэнергии в каждый момент времени определяется нуждами потребителя и необходимостью покрытия возникающих потерь энергии при передаче ее от электрической станции до электроприемников (электродвигателя, электролизной, нагревательной или осветительной установок и пр.).
Для передачи электрической энергии от станции, ее распределения между потребителями, а также на их территории — к отдельным электроприемникам, служат электрические сети. Передача электрической энергии от электрической станции к потребителям сопровождается нагреванием проводов, а следовательно, потерей части энергии, выработанной станцией.
Чем больше расстояние от электростанции до потребителя, т.е. чем длиннее линия и больше передаваемая мощность, при прочих равных условиях, тем выше относительная потеря мощности. В целях сокращения потерь энергии в проводах целесообразно осуществлять ее передачу высоким напряжением.
На электрических станциях устанавливают генераторы напряжением 6,3; 10,5; 15,75; 18 кВ. Указанные напряжения, хотя и являются высокими, но для передачи больших мощностей на далекие расстояния все же приводят к значительным потерям в линии.
Для получения более высоких напряжений на станциях устанавливают трансформаторы, повышающие генераторное напряжение до 38,5; 221; 242; 347; 525; 787 кВ (все номинальные значения напряжений смотрите здесь - Номинальные напряжения электрических сетей и области их применения).
При этих напряжениях осуществляют передачу энергии к центру ее потребления, где устанавливают трансформаторы, понижающие напряжение до 35 - 6,3 кВ. При таких, более низких напряжениях распределяют энергию к отдельным предприятиям и другим потребителям.
Смотрите также - Как электроэнергия поступает с генераторов электростанций в энергосистему
На предприятиях устанавливают трансформаторы, понижающие напряжение до 400 В, при котором происходит распределение энергии к отдельным электроприемникам: двигателям, осветительным и прочим установкам.
Экономически целесообразным является такое напряжение, которому соответствуют наименьшие капитальные и эксплуатационные (суммарные) расходы. Для повышения экономичности и надежности электроснабжения создаются электрические системы, объединяющие несколько АЭС, ГЭС, ТЭЦ, РЭС для совместной (параллельной) работы на общую сеть.
Все элементы энергетической системы объединяются общностью процессов производства, распределения и потребления энергии, находятся под единым техническим и организационным руководством и контролем. Обычно в такие системы входят не только электрические, но и тепловые сети и потребители тепловой энергии.
Путь электрической энергии от электростанции до потребителей:
Таким образом, система электроснабжения состоит из электрических станций, электрических сетей (кабельных и воздушных), понижающих и повышающих трансформаторных подстанций.
К любой системе электроснабжения предъявляются следующие требования:
-
соответствие мощности установленных генераторов и трансформаторов максимальной мощности потребителей электроэнергии;
-
достаточная пропускная способность линий;
-
надежность, обеспечивающая бесперебойность электроснабжения;
-
высокое качество энергии (постоянство напряжения и частоты);
-
безопасность и удобство в эксплуатации, в частности простота и наглядность схемы;
-
экономичность.
Перерывы в электроснабжении предприятий приводят к убыткам, связанным с повреждениями оборудования, нарушением технологического процесса, порчей продукции, простоем работников и т.д. В связи с этим по степени необходимости в бесперебойном электроснабжении нагрузки промышленных предприятий разделяют на три категории.
1. Нагрузки, перерыв в электроснабжении которых опасен для жизни людей, может вызвать повреждения оборудования, массовый брак продукции или длительное нарушение сложного технологического процесса, а также нарушение нормальной жизни населения крупного города.
2. Нагрузки, перерыв в электроснабжении которых вызывает существенную недовыработку продукции, простой рабочих, машин, механизмов и промышленного транспорта.
3. Все остальные нагрузки, например цехи несерийного производства, вспомогательные цехи, склады и механизмы.
Электроснабжение нагрузок первой категории должно осуществляться от двух независимых источников питания, каждый из которых полностью обеспечивал бы указанные нагрузки электроэнергией - Категории надежности электоснабжения.
Все электроустановки разделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В. Номинальные значения эксплуатационных (т. е. на зажимах электроприемников) напряжений и напряжений на зажимах источников стандартизованы. Смотрите - Влияние отклонений напряжения на работу электроприемников
Итак, предприятия снабжается электроэнергией от посторонних источников питания (энергосистем, отдельных городских или районных электростанций) по высоковольтным линиям электропередач, от трансформаторных подстанций. Последние обычно находятся на территории предприятий. Их мощность определяется установленной мощностью электроприемников и колеблется от 100 кВа до 10 - 30 тыс. кВа.
Электроснабжение предприятий можно разделить на внешнее и внутреннее, имеющие свои специфические схемы и другие особенности.
Под внешним электроснабжением подразумевают систему сетей и подстанций от источника питания (энергосистемы или отдельной районной станции) до понижающих трансформаторных подстанций предприятия. Передача энергии осуществляется в этом случае подземным кабелем или воздушной линией при напряжениях 6,3; 10,5; 35 кВ.
При сравнительно небольших установленных мощностях (до 300 - 500 кВт) на территории предприятия в большинстве случаев сооружается одна общая подстанция с двумя или тремя трансформаторами, понижающими напряжение с 6 - 35 кВ до 400/230 в.
На крупных предприятиях, где имеются большие рассредоточенные электрические нагрузки, осуществляются глубокие вводы высокого напряжения. При этом высоковольтную линию, идущую от энергосистемы, заводят вглубь территории предприятия, где сооружают центральный высоковольтный распределительный пункт — ЦРП, который обычно совмещается с одной из цеховых подстанций.
В других крупных цехах этого же предприятия устанавливают отдельные подстанции. Их соединяют с ЦРП и между собой высоковольтной линией. Такая схема значительно сокращает протяженность внутризаводских низковольтных сетей, что приводит к экономии цветного металла и электроэнергии.
Внутренним электроснабжением называют систему распределения электрической энергии внутри цехов предприятия и на его территории. Для большинства электроприемников предприятий распределение электроэнергии происходит при напряжении 380/220 В. Крупные электродвигатели мощностью 100 кВт и более обычно устанавливают на напряжение 6 кВ и включают их на высоковольтные шины трансформаторной подстанции.
Общая мощность трансформаторов или генераторов, установленных на подстанциях или станциях предприятий, должна быть выбрана так, чтобы все электроприемники обеспечивались энергией в нужном количестве в течение всего времени их работы с учетом потерь энергии в электрических сетях.
Смотрите также в продолжение этой темы: Система электроснабжения, сети и потребители