Загальні відомості про електричні системи та мережі

ЕЛЕКТРИЧНІ СИСТЕМИ ТА МЕРЕЖІ

НЕТЯГОВИХ СПОЖИВАЧІВ

ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

Дніпропетровськ

ВСТУП

Електрична енергія знаходить широке застосування в усіх областях народного господарства та побуту. Важко уявити без неї життя сучасного суспільства, економічний, технічний і культурний розвиток якого багато в чому обумовлений широким застосуванням електроенергії.

Різноманітне використання електроенергії в усіх галузях промисловості, науки і побуту пояснюється багатьма істотними її перевагами у порівнянні з іншими видами енергії:

- можливістю економічної передачі на значні відстані;

- простотою перетворення в інші види енергії (механічну за допомогою електродвигунів, теплову за допомогою електронагрівальних приладів, світлову за допомогою електроламп та ін.);

- простотою розподілу між споживачами будь-якої потужності;

- можливістю отримання електроенергії з інших видів енергії (теплової, атомної, гідравлічної, енергії вітру, сонця та ін.).

ККД при її виробництві на теплових електростанціях (ТЕС) досягає 35...40%, на атомних електростанціях (АЕС) 30...33%, на гідроелектростанціях (ГЕС) 90...92%.

Накопичувати електричну енергію у великій кількості практично неможливо, тому за допомогою сучасних автоматичних засобів управління постійно підтримується рівновага між виробленою та споживаною електроенергією.

Схема перетворення енергії, виробленої на ТЕС або АЕС, при її транспортуванні до кінцевого споживача показана на рис. В.1.

Рисунок В.1. Схема перетворення теплової енергії

Звісно, енергію можна також передавати шляхом транспортування нафти, газу чи вугілля. Питання про спосіб передачі енергії вирішують на основі техніко-економічних розрахунків.

Існує декілька критеріїв вибору способу передачі енергії: її питома вартість, географічні умови, бажана пропускна здатність, технічні характеристики та вплив на оточуюче середовище.

По більшості цих критеріїв передача електроенергії найкраще відповідає встановленим техніко-економічним вимогам.

Передачу електроенергії на великі відстані вперше обґрунтував у новоствореному журналі «Электричество» в 1880 році російський інженер

Д. О. Лачінов.

У 1882 році М. Депре побудував першу лінію електропередачі (ЛЕП) постійного струму (під Мюнхеном) довжиною 57 км, напругою 1, 5...2 кВ, потужністю близько 2 кВт.

Новий напрямок у розвитку передачі електроенергії відкрив російський інженер-електротехнік М. Й. Доліво-Добровольський, що в 1888 році винайшов трифазний генератор та сконструював асинхронний двигун. В 1891 році він побудував під Франкфуртом-на-Майні трифазну ЛЕП довжиною 175 км, потужністю 230 кВА при напрузі 15...28 кВ. До 1910 року були освоєні ЛЕП 110 кВ, до 1920 року – 220 кВ. У подальшому напруга ЛЕП збільшувалась приблизно в разів кожні 10...15 років. В технічному та економічному аспектах це означає, що потужність передач та їхня пропускна здатність при збереженні ККД зростають пропорційно квадрату збільшення напруги. Вартість же спорудження електропередач підвищується пропорційно першому степеню напруги.

У світі зараз діють високовольтні ЛЕП напругою 500, 750, 1150 кВ. Є лінії електропередач 1500 кВ постійного струму, в проекті – до 4МВ.

Для ліній надвисокої напруги слід відзначити такі специфічні особливості:

1) необхідність глибокого обмеження внутрішніх перенапруг;

2) необхідність подальшого збільшення числа проводів у розщепленій фазі для зменшення негативних ефектів коронування – втрат енергії, радіо- та телевізійних завад, рівня шуму;

3) необхідність максимально можливого скорочення габаритів опор і смуги відчуження та врахування естетичних вимог.

Так, портальна опора 1150 кВ з горизонтальним розташування проводів має такі основні розміри: довжина гірлянди ізоляторів 9, 6 м, загальна висота опори 46 м, відстань між фазами 20, 3 м.

Висота аналогічної опори 1500 кВ досягатиме 60...65 м, тобто висоти 20-поверхового будинку. Такі громіздкі споруди вимагають великої площі, відчужуваної під трасу, та спотворюють природний ландшафт.

Зменшенню габаритів опор завадить електростатичний вплив ліній надвисокою напруги на об’єкти, розташовані біля смуги відчуження. Електрична напруженість там повинна бути нижчою за пороговий рівень, допустимий для людей, тобто приблизно 5...6 кВ/м. Вважається, що мінімальна відстань від автотранспорту до найближчого провідника ліній 1150 кВ повинна бути біля 15 м, що вимагає додаткового збільшення висоти опор. Компромісним рішенням може бути підвішування екранних проводів нижче струмопровідних фаз і обгородження траси лінії на відстані біля 40 м від крайньої фази.

Проблема створення довгих електропередач надвисокої напруги характерна лише для країн з великою територією (Росія, США, Канада). Більшість же країн має потребу в лініях електропередачі відносно невеликої довжини.

Дальні електропередачі (1000 км і більше), які призначені лише для транспортування електричної енергії від місця її виробництва до місця споживання, не мають проміжних відгалужень, виявляються дорогими і часто неконкурентноздатними з транспортом палива.

Доцільність виконання передачі на постійному струмові повинна бути доведена і перевірена співставленням з передачею на змінному струмі. В сучасних умовах можливі переваги постійного струму можуть виявитись лише на відстанях понад 1000 км.

Крім задачі транспортування електроенергії, серйозною задачею є створення електричних систем. Без об’єднаних енергетичних систем неможливо уявити собі розвиток сучасної, а тим більше – майбутньої енергетики.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЕЛЕКТРИЧНІ СИСТЕМИ ТА МЕРЕЖІ