Качество электроэнергии и его связь с балансом мощности

Лекция 1. Общие сведения об энергетических системах и электрических сетях. Классификация электрических сетей

1.1. Общие сведения об энергетических системах и
электрических сетях

Электроснабжение промышленных, коммунальных и других потребителей производится от электрических станций, вырабатывающих электроэнергию. Электрические станции могут находиться либо вблизи потребителей, либо могут быть удалены на значительные расстояния. В обоих случаях передача и распределение электрической энергии осуществляется по проводам электрических линий (волноводам).

Накапливать электрическую энергию в больших количествах сегодня практически нельзя, поэтому с помощью современных автоматических средств управления постоянно поддерживается равновесие между вырабатываемой и потребляемой электрической энергией.

Когда потребители удалены от электрических станций, передачу электроэнергии осуществляют на повышенном напряжении. Тогда между электрической станцией и потребителями сооружаются повышающие и понижающие (преобразовательные) подстанции.

Для разных типов электростанций существуют свои особенности географического расположения. Например, гидроэлектростанции (сооружаемые на створах рек) редко располагаются у крупных центров нагрузки. Тепловые электростанции выгодно располагать вблизи залежей топлива. Крупные электрические станции связываются с центрами нагрузок линиями электропередачи (ЛЭП) высокого напряжения. Исключение могут представлять отдельные промышленные электрические станции небольшой мощности или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). ТЭЦ могут быть и крупными, но располагаются они вблизи потребителей, т.к. передача пара и горячей воды, вследствие больших потерь при передаче по сравнению с электроэнергией, обычно осуществляется на относительно небольшие расстояния.

Совокупность электростанций, линий электропередач, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергий называется энергетической системой (энергосистемой).

Часть энергетической системы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, повышающих и понижающих подстанций, линии энергетической сети и приемников электроэнергии, называется электроэнергетической системой (ЭЭС).

Электроэнергетическая система представляет собой часть энергетической системы. Из нее исключаются тепловые сети и потребители тепловой энергии. Схематично энергетическая и электроэнергетическая системы и представлены на рис. 1.1.

Рис. 1.1 – Условное обозначение энергетической и электроэнергетической систем

Электрическими сетяминазываются части электроэнергетической системы, состоящие из подстанций и линий электропередачи постоянного и переменного тока различных напряжений. Электрическая сеть служит для передачи и распределения электрической энергии от места ее производства к местам потребления.

Рис. 1.2 – Составляющие части электроэнергетической
системы и электрической сети

1.2. Основные технические задачи, проблемы передачи и
распределения электроэнергии

Так как передача электроэнергии экономически выгодна только по ЛЭП высокого напряжения, то энергия, которая вырабатывается на электростанции, преобразуется в энергию высокого напряжения при помощи трансформаторов ПС (подстанций). Подстанции, на которых производится эта трансформация, называются повышающими (питающими). На другом конце электропередачи строится понижающая (приемная) подстанция. Второе название условное, т.к. понижающая подстанция может быть одновременно и питающей. Делается все это для того, чтобы уменьшить потери энергии при передаче ее на большие расстояния.

Для заданной (неизменной) мощности электроэнергии (S), потребляемой конечными потребителями (нагрузка сети), сила тока (I ) в линиях электропередачи с ростом напряжения (U) понижается (закон Ома).

S=U I, где

S – полная мощность [ВА],

I – действующее значение тока [А],

U – действующее значение напряжения [В],

Уменьшение силы тока, при одинаковом сопротивлении линии (сечение проводов не меняется), сокращает потери электроснабжения в линии электропередачи (потери мощности ∆S и напряжения), вызванные нагреванием проводов:

∆S=I²Z, где Z – полное сопротивление линии [Ом]

Важными характерными свойствами ЭЭС являются:

1. Одновременность процессов производства, распределения и потребления электрической энергии (выработка электрической энергии жестко определяется ее потреблением и наоборот).

2. Преобразование и передача электроэнергии происходит с потерями энергии во всех элементах ЭЭС.

3. Непрерывность процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии и необходимость, в связи с этим, непрерывного контроля этого процесса.

4. Повышенная опасность электрического тока для окружающей среды и обслуживающего персонала.

5. Быстрое протекание процессов, связанных с отказом различных элементов основной технологической цепочки.

6. Многообразие функциональных систем и устройств, которые осуществляют технологию производства электроэнергии; управление, регулирование и контроль. Необходимость их постоянного и четкого взаимодействия.

7. Удаленность энергетических объектов друг от друга.

8. Зависимость режимов работы электрических систем от различных случайных факторов (погодные условия, режим работы энергосистемы, потребителей).

9. Значительный объем работ по ремонтно-эксплуатационному обслуживанию большого количества разнотипного оборудования.

Необходимо своевременно развивать ЭЭС, ее рост должен опережать рост потребления энергии.