Майже половина всієї виробленої на електростанціях енергії споживається двигунами на фабриках і заводах. Частина змінного струму перетворюється ртутними перетворювачами в постійний струм і в цьому виді споживається електрифікованим транспортом і установками електролізу (для виробництва алюмінію, магнію, рафінування міді). Приблизно 10% йде на освітлення і побут, решта – на промислові електричні печі.

На фіг. 5-2 не відображено енергія, споживана у вигляді струмів високої частоти. Радіопередавальні станції – це незначний споживач енергії. Всі разом узяті вони споживають менше 1%. У кілька разів більше високочастотної електроенергії споживається в промисловості для плавки металів, для нагріву стали під поверхневу загартування, для нагріву різних ізоляційних і полупроводящіх матеріалів. Високочастотна енергія виробляється з трифазного струму, головним чином, за допомогою перетворювачів з електронними та іонними лампами. Застосування високочастотної енергії все розширюються і через кілька років на діаграмі енергопотоків доведеться креслити високочастотний струмочок. Це буде дуже вагомий споживач в загальному енергобалансі.

Мідні або алюмінієві провідники, оточені повітрям або папером (рідше застосовуються інші види ізоляції, наприклад, гума) направляють енергетичні річки. Ізоляція здебільшого коштує дешевше провідників і зусилля енергетиків спрямовані на те, щоб можливо менше витрачати металу в мідних або алюмінієвих руслах енергетичних річок. Електрична енергія багаторазово трансформується (фіг. 5-1), напруга її спочатку підвищується (після генераторів), а потім в декілька ступенів знижується. Це знижує втрати в лініях передачі і витрата металу в них, але зате витрати енергії в самих трансформаторах досягають 6% від усієї виробленої електростанціями енергії.

У сучасних енергосистемах мільйони ламп, електродвигунів, безліч електролізних ванн, печей і

Фіг. 5-1. Орієнтовна схема електропостачання споживачів від районної електростанції.

Зліва знаходиться районна електростанція -РЕС. Від її збірних шин 110 кв відходить декілька ліній електропередачі. Одна з цих ліній Лх живить вузлову районну підстанцію А. Від збірних шин первинної сторони цієї підстанції живляться напругою ПО кв понижуючі підстанції Б, В, Г. На схемі показана тільки одна РЕЗ, але часто вузлові районі підстанції бувають пов’язані з кількома РЕЗ та ТЕЦ.

На підстанції А електроенергія трансформується з 110 кв на два вторинних напруги 6 або 10 кв і 35 кв за допомогою триобмоткових понижуючих трансформаторів.

Мережа 35 кв може відходити на десятки кілометрів від підстанції На цьому напрузі живлять великі райони. Протяжність ліній 6-10 кв зазвичай не більше 10 км.

Б і Г-тупикові або кінцеві підстанції, на них закінчуються лінії електропередачі Л% і Лдо. Підстанція В-прохідна – через її шини харчується підстанція Г. Від тупикової підстанції Г показано кілька варіантів харчування понижуючі підстанцій Д, Е, Ж * 3, І. Вторинна напруга цих понижуючих підстанцій найчастіше буває о або 10 кв. Однак існують і 35-кв підстанції на вторинне напруга 380 / 220-500 в.

Літерами Ф позначені 6– \ ύ-κβ лінії (фідери) · Маленькі підстанції з 6-10 кв на 380/220 називаються трансформаторними пунктами-ТП. Фп- фідерний пункт. На ньому енергія не трансформується, а є тільки збірні шини, від яких розходяться лінії на окремі дрібні ТП.

Якщо підстанція призначена для живлення підприємства (ипи одного з його цехів !, то може виявитися необхідним мати два вторинних напруги – одне для силового навантаження, а другий для електроосвітлення. З двома вторинними напругами виконана заводська підстанція -3/7. Електродвигуни приєднуються до шин силового навантаження (_> 80 або 500 в) індивідуально (Д ^ або групами (Д3) Через силові збірки С, встановлювані у виробничих цехах.

Харчування невеликих підстанцій окремими лініями прямо від шин живильної підстанції, по типу фідера Ф ,, недоцільно внаслідок великої витрати кабелів і великого числа фідерів на живильної підстанції (великий витрата електрообладнання, великі початкові витрати). Більш доцільно живити ряд невеликих підстанцій від фидерного пункту ФП.

У мережах 6 – Ю кв кілька ТП часто включаються ‘ланцюжком на один фідер (фідер Ф4). що також дає економію електрообладнання та здешевлює спорудження живильної підстанції та мережі.

• Ф / 7 і ТП бувають прохідні і тупикові.

Всі показані на схемі лінії передачі електроенергії можуть виконуватися як повітряними, так і кабельними.

На шляху від генераторів РЕЗ до струмоприймачів електроенергія піддається багаторазовій трансформації з однієї напруги на інше і проходить ряд ліній електропередачі, протяжність яких в сумі може значно перевищувати сотню кілометрів. Деяка частина енергії втрачається на нагрівання трансформаторів і проводів лінії.

Надійність і економічність всієї системи енергопостачання залежить від правильного вибору конфігурації мереж, від правильного вибору напружень в її окремих ділянках.

З підвищенням напруги зменшується витрата міді або алюмінію в лініях передачі електроенергії. Зате удорожается ізоляція цих ліній. У міру підвищення напруги збільшується вартість підвищувальних і понижувальних трансформаторів, збільшуються розміри установок. Підвищуються також і експлоатаціонние витрати на обслуговування мереж і перетворювальних підстанцій.

Наївигоднейшая конфігурація мережі, найвигідніші напруги на її ланках визначаються докладними техноекономіческой підрахунками. Про таких розрахунках буде мова в розділі сьомий.

Фіг. 5-2. Розподіл потоків енергії по лініях передачі різної напруги.

На схемі показано розподіл енергії між різними видами споживачів і втрати енергії на різних ділянках системи передачі та розподілу енергії. Потоки і втрати дані у відсотках від усієї енергії, виробленої на центральній електричної станції.

інших споживачів живляться від загальної мережі. Все це нині здається природним і само собою зрозумілим. Але така система розподілу і управління електроенергією не є щось непорушне, застигле. Виникла вся ця система не так вже давно і розвиток її триває.

Ще в 1879 р Π. Н. Яблочков у своїй публічній лек-

ції, читаної в Російському технічному суспільстві, повинен був переконувати своїх слухачів, що: «… освітлення можна здійснювати, не поміщаючи машини в будинку зовсім, а користуючись струмом, як користуються газом або водою. Немає ніякої потреби Встановлювати окремо в кожному місці освітлення джерела струму. Варто тільки від сильного джерела електрики провести один загальний провідник по вулиці, як ведеться магістральна труба, і в тих місцях, де потрібно освітлення, припаювати до нього побічний провідник ».

Розвиток передачі і розподілу електричної енергії почалося з застосування постійного струму низької напруги (110-220 в). Потім стали будуватися електростанції однофазного змінного струму. Вони призначалися, головним чином, для живлення освітлювальної навантаження.

У 1888 р М. О. Доліво-Добровольський винайшов і побудував трифазні асинхронні двигуни, трифазні трансформатори, створив теорію передачі енергії трифазним струмом. Вся сучасна електрифікація заснована на застосуванні цієї системи.

Вибір напруги для передачі енергії, вибір місць розташування трансформаторів, втрати енергії при її передачі і розподілі – все це пов’язано з безліччю технічних, економічних, політичних факторів.

У перші повоєнні роки на кожен кіловат потужності, встановленої на електростанціях СРСР, витрачалося 54 кг кольорових металів, приведених до міді.

У самих генераторах витрачається всього чверть кілограма міді на кожен кіловат. Ще менше – в розподільчому пристрої електростанції: одна десята кілограма. Близько двох десятих кілограма міді на кожен кіловат витрачається в проводах і кабелях ЦЕС. Всього на всій електростанції витрачається 0,7 кг міді на кожен кіловат.

У високовольтних мережах також йде трохи провідникова матеріалу – близько 5,5 кг міді і 2,5 кг алюмінію на кожний встановлений кіловат.

Основна кількість кольорового металу витрачається в розподільних мережах низької напруги. На промислових підприємствах з руховим навантаженням в низьковольтних мережах витрачається близько 18 кг на кожен встановлений кіловат.

Захист від ворогів

Безліч небезпек прозит розгалуженої енергетичної системи. Повітряні лінії електропередач протягнуті високо над землею. У них може увірватися дике атмосферну електрику. Хвилі перенапруг можуть пробити ізоляцію лінії, замкнути її провідники накоротко. Хвилі перенапруг можуть побігти до кінців лінії, прорватися до апаратури підстанцій, пошкодити ізоляцію трансформаторів, кабелів.

Від безлічі причин може виникнути пошкодження ізоляції між провідниками або всередині апаратів енергетичної системи. Ізолятори старіють, втомлюються, піддаються механічних руйнувань. У всіх цих випадках виникає коротке замикання (к. з.). Як тільки в ізоляції пробитий пролом, в неї впадає струм короткого замикання. Він може розплавити дроти, викликати пожежі. Коротке замикання – основний ворог енергетичних систем. Боротьба з ним – головне завдання служби захисту.

Але і коротке замикання може бути різне. Коли відбувається аварія на шинах великої електростанції, струми короткого замикання досягають багатьох тисяч ампер. Потужність короткого замикання – сотні тисяч кіловат. Але такі випадки не часті. Дрібні ж короткі замикання відбуваються в енергосистемі тисячами на добу. Домогосподарка включить несправну електроплитку, її юний спадкоємець суне в дослідницьких цілях зігнутий цвях у штепсельну розетку, студент в лабораторії заземлені не ті кінці трансформатора. Але яким би не було коротке замикання, воно не повинно відгукуватися на всій енергосистемі. Захист повинна відключити пошкоджену ділянку.

У службі захисту беруть участь насамперед запобіжники, автоматичні вимикачі та розрядники. Розрядники ліквідують перенапруги між окремими частинами установок або між установками і землею. Розрядники спрацьовують під дією надлишкового напруги. Вони пропускають через себе надлишкові заряди. Розрядники можна порівняти із запобіжними клапанами на парових котлах.

Іншу задачу вирішують вимикачі і запобіжники: Вони дають шлях корисним струмів, струмів нормального режиму, струмів навантаження, і вони ж перегороджують дорогу, розривають ланцюг для шкідливих аварійних струмів – струмів короткого замикання, струмів, наведених ударом блискавки.

Найстаріший, найпростіший і найпоширеніший спосіб захисту електричних установок від струмів перевантаження і струмів короткого замикання – це плавкі запобіжники.

Джерело: Електрика працює Г.І.Бабат 1950-600M