Как передается электроэнергия от электростанций к потребителям

Генераторные установки преобразуют энергию рек, ветра, сгорания топлива и даже атомных связей в электричество. Они распределены по всей стране, объединены в единую систему трансформаторными подстанциями. Передача электроэнергии на расстояние между ними производится линиями электропередач. Их протяженность может составлять от двух-трех до сотен километров.

Транспортные магистрали электрической энергии

Электроэнергия больших мощностей может передаваться по силовым кабелям, закопанным в землю или заглубленным в водоемы. Но наиболее распространен метод транспортировки по воздушным линиям, закрепленным на специальных инженерных сооружениях — опорах.

Так они выглядят для ВЛ-330 кВ (для увеличения нажмите на фотографию):

А вот фотография отдельной линии 110 кВ.

Электрические подстанции

Воздушные и кабельные ЛЭП соединяют между собой трансформаторные подстанции с распределительными устройствами одинакового напряжения для передачи энергии от одного силового трансформатора к другому .

Например, автотрансформатор 330/110/10 кВ принимает по высокой стороне 330 мощности от нескольких линий. Передача электроэнергии потребителям происходит по средней 110 и низкой 10 кВ части.

Однако автотрансформатор может питаться со стороны среднего или низкого напряжения. Это зависит от состояния схемы и динамики процессов, происходящих в ней.

Фрагмент Автотрансформатора-330кВ.

Вид трансформатора 110/10 удаленной подстанции, который получает электроэнергию по стороне 110, распределяя ее по линиям 10 кВ.

Он же, но с противоположной стороны.

Для подключения линий к трансформаторам используются огороженные участки местности, на которых монтируются силовые элементы схемы.

Вид небольшого фрагмента открытого распределительного устройства подстанции 330 кВ.

Часть территории ОРУ-110кВ.

Вариант передачи электрической энергии от ввода 110 АТ-330 к трансформатору 110/10 кВ

Пример фрагмента первичной силовой схемы (одной секции) распределения электроэнергии на открытой местности для 7 воздушных ЛЭП (для увеличения нажмите на картинку):

Здесь реализована возможность перевода питания от вводов 110 АТ №1 или АТ №2. В схеме выполнено подключение каждого ввода АТ к своей системе шин выключателями №10 и №15 с разделением шин на секции через выключатели №8 и №9 при использовании обходной системы шин, коммутируемой выключателем №13. Шины 1СШ и 2 СШ могут объединяться выключателем №18.

Воздушные ЛЭП питаются от выключателей №11, 12, 14, 16, 17, 19, 20. В схеме предусмотрен вывод из работы каждого из них для питания ВЛ через обходную систему шин.

Элегазовый выключатель 110 кВ в этой схеме представлен на фото.

От него мощности передаются на воздушную ЛЭП к отдаленной подстанции 110/10. На фото ниже показаны ее основные силовые элементы начиная от конечной вводной опоры ЛЭП (для увеличения нажмите на рисунок):

Электроэнергия поступает к силовому трансформатору через разъединитель, отделитель, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Каждый из них выполняет определенные задачи:

• Измерительные ТТ и ТН оценивают вектора токов и напряжений в фазах первичной схемы с определенными метрологическими погрешностями, передают их во вторичные устройства защит, автоматики, измерений для последующей обработки;

• Разъединитель служит для ручного размыкания/включения силовой цепи при отсутствии нагрузки на силовых проводах схемы;

• Отделитель в автоматическом режиме отключает силовой трансформатор подстанции от линии в бестоковую паузу, которая создается при аварийных режимах в трансформаторе.

Для сравнения картины передаваемых мощностей и сложности конструкций посмотрите вид разъединителя на ОРУ-330 кВ. Его приводят в действие мощные трехфазные электродвигатели, управляемые автоматикой с цепями сигнализации.

В сети 380/220 вольт такое устройство — обыкновенный рубильник. Но вернемся к схеме подстанции 110/10 кВ.

Обратите внимание! Высоковольтного выключателя для устранения аварий на ней нет.

Однако это не значит, что вопросами безопасной эксплуатации пренебрегли. В силовом трансформаторе постоянно происходят сложные электромагнитные преобразования с выделением тепловой энергии и передачей больших электрических мощностей. Все это контролируется измерительными органами защит.

Они расположены на отдельных панелях.

При возникновении критических ситуаций электроэнергия с оборудования снимается со всех сторон: 110 и 10 кВ. Питающее напряжение отключается в этой схеме элегазовым выключателем, расположенным на подстанции 330/110 кВ.

Чтобы он сработал, используется короткозамыкатель (для увеличения нажмите на фотографию):

Это специальное устройство, которое служит исполнительным элементом защит силового трансформатора. Оно имеет подвижный заземленный нож с электромеханическим приводом.

При критическом режиме работы защиты, отслеживающие состояние процессов внутри трансформатора, выдают мощный импульс на электромагнит катушки короткозамыкателя. От него происходит воздействие на защелку пружинного привода, который срабатывает и накладывает нож короткозамыкателя на высоковольтные шины (принцип мышеловки).

В схеме возникает замыкание на землю. Ток от него чувствуют защиты элегазового выключателя на удаленной питающей подстанции. Их автоматика отключает выключатель на определенный интервал времени в несколько секунд.

За это время на всех подстанциях, подключенных к этой ЛЭП, создается бестоковая пауза. В течение ее защиты и автоматика рассматриваемого трансформатора выдают команду на привод отделителя, который автоматически разводит свои ножи, разрывая схему подачи напряжения к силовому трансформатору, чем окончательно «гасит подстанцию».

Все эти операции занимают порядка 4 секунд. По их истечению автоматика удаленного выключателя производит его включение с подачей напряжения на линию. Но на поврежденный силовой трансформатор оно не дойдет из-за разрыва, созданного отделителем. А все другие потребители продолжат получать электроэнергию.

Обратные коммутации короткозамыкателем и отделителем выполняются вручную оперативным персоналом после анализа работы автоматики по результатам действий цепей сигнализации.

Таким способом повышается надежность оборудования, снижаются потери при передаче электроэнергии в электрических сетях.

Вспомогательная система питания постоянного тока

Вспомогательная система питания постоянного тока, состоящая из зарядного устройства, аккумуляторной батареи, системы распределения постоянного тока и системы мониторинга, является важной частью электрической подстанции.

Вспомогательный источник питания постоянного тока необходим на подстанции для обеспечения непрерывной работы критически важного оборудования даже при отключении основного источника переменного тока.

Когда автоматический выключатель размыкается и прерывает подачу питания в фидере, это приводит к прерыванию подачи питания на сам выключатель. Таким образом, выключатель больше не может включаться электрически, если не имеется вспомогательного источника питания, который гарантирует, что выключатель может продолжать работать при отключении основного источника питания.

Для этого аккумуляторная батарея накапливает энергию с помощью подходящего зарядного устройства и снабжает нагрузки постоянного тока непрерывно или во время сбоя питания через систему распределения постоянного тока при надлежащем мониторинге и управлении в соответствии с требованиями.

Схема 10 кВ

Из силового трансформатора преобразованная энергия 10 кВ поступает на ввод в КРУН — комплектное распределительное устройство наружного исполнения и распределяется через систему шин и выключатели с защитами и автоматикой по воздушным или кабельным магистралям.

Отходящие от КРУН воздушные ЛЭП-10 кВ видны на фото.

Воздушная ЛЭП 10 кВ на местности вдоль автомобильной дороги.

К таким линиям подключаются подстанции 10/0,4 кВ.

Трансформатор 10/0,4 кВ

Устройство и размеры силовых трансформаторов, преобразующих электроэнергию с напряжением 10 кВ в 380 вольт, зависят от выполняемых ими задач и передаваемых мощностей. Их внешние габариты можно оценить по нескольким фото.

Конструкция в отдельном закрытом сооружении для многоэтажных зданий в поселке.

Металлические закрытые шкафы 10/0,4 кВ в сельской местности.

Трансформатор 10/0,4 кВ в гаражном кооперативе (для увеличения нажмите на фотографию):

Как работают такие трансформаторы, происходит передача энергии потребителям, возникают потери при передаче электроэнергии в электрических сетях и осуществляется их компенсация, будет рассказано в следующей статье.

Продолжение статьи: Как передается электроэнергия потребителям по сети 0,4 кВ