От непосредственных источников генерации к потребителю электрическая энергия проходит множество технологических пунктов. При этом и сами ее носители в виде линий с проводниками имеют существенное значение в данной инфраструктуре. Они во многом и формируют многоуровневую и сложную систему передачи электроэнергии, где потребитель является завершающим звеном.
Откуда берется электроэнергия?
На первом этапе общего процесса энергообеспечения происходит генерация, то есть выработка электричества. Для этого используются специальные станции, которые производят энергию из других ее источников. В качестве последних может использоваться тепло, вода, солнечный свет, ветер и даже земля. В каждом случае применяются станции-генераторы, преобразующие природную или искусственно выработанную энергию в электричество. Это могут быть и традиционные атомные или тепловые электростанции, и ветряные мельницы с солнечными батареями. Для передачи электроэнергии большей части потребителей применяются всего три вида станций: АЭС, ТЭС и ГЭС. Соответственно, атомные, тепловые и гидрологические установки. На них генерируется порядка 75–85% энергии во всем мире, хотя в силу экономических и особенно экологических факторов нарастает тенденция к сокращению данного показателя. Так или иначе, именно эти основные электростанции производят энергию для дальнейшей ее передачи потребителю.
Сети для передачи электрической энергии
Транспортировку выработанной энергии осуществляет сетевая инфраструктура, представляющая собой совокупность разного рода электроустановок. Базовая структура передачи электроэнергии потребителям включает трансформаторы, преобразователи и подстанции. Но ведущее место в ней занимают линии электропередач, которые непосредственно связывают электростанции, промежуточные установки и потребителей. При этом и сети могут различаться между собой – в частности, по назначению:
- Общественные сети. Снабжают бытовые, промышленные, сельскохозяйственные и транспортные объекты.
- Сетевые коммуникации для автономного энергообеспечения. Обеспечивают питание автономных и мобильных объектов, к которым относятся самолеты, суда, энергонезависимые станции и т. п.
- Сети для энергоснабжения объектов, выполняющих отдельные технологические операции. На том же производственном объекте помимо основного снабжения электричеством может предусматриваться линия для поддержания работоспособности конкретного оборудования, конвейера, инженерной установки и т. д.
- Контактные линии энергоснабжения. Сети, предназначенные для доставки электроэнергии напрямую движущимся транспортным средствам. Это касается трамваев, локомотивов, троллейбусов и др.
Классификация сетей передачи электроэнергии по размеру
К наиболее крупным относятся магистральные сети, связывающие источники генерации энергии с центрами потребления в масштабах стран и регионов. Такие коммуникации характеризуются высокими показателями мощности (в размере гигаватт) и напряжения. На следующем уровне находятся региональные сети, которые представляют собой ответвления от магистральных линий и, в свою очередь, сами имеют отхождения более мелкого формата. По таким каналам осуществляется передача и распределение электроэнергии городам, районам, крупным транспортным узлам и удаленным месторождениям. Хотя и сети такого калибра могут похвастаться высокими мощностными показателями, главное, их преимущество заключается не в объемном снабжении энергетическими ресурсами, а в дальности транспортировки.
На следующем уровне идут районные и внутренние сети. Они же по большей части и выполняют функции распределения энергии между конкретными потребителями. Районные каналы питаются прямо от региональных, обслуживая городские квартальные зоны и поселковые сети. Что касается внутренних сетей, то они распределяют энергию в пределах квартала, села, завода и более мелких объектов.
Подстанции в сетях электроснабжения
Между отдельными отрезками линий транспортировки электроэнергии устанавливаются трансформаторы в формате подстанций. Их основная задача заключается в повышении напряжения на фоне снижения силы тока. А также существуют и понижающие установки, сокращающие показатель выходного напряжения в условиях наращивания силы тока. Необходимость такой регуляции параметров электроэнергии на пути к потребителю обуславливается потребностью в компенсации потерь на активном сопротивлении. Дело в том, что передача электроэнергии осуществляется по проводам с оптимальной площадью сечения, которая определяется исключительно отсутствием коронного разряда и силой тока. Невозможность контроля других параметров и приводит к потребности в дополнительном регулирующем оборудовании в виде того же трансформатора. Но есть и еще одна причина, по которой должно повышаться напряжение за счет подстанции. Чем выше этот показатель, тем дальше, может быть, расстояние передачи энергии с сохранением высокого мощностного потенциала.
Особенности цифровых трансформаторов
Современная разновидность подстанций, допускает возможность цифрового управления. Так, стандартный трансформатор этого типа предусматривает включение следующих компонентов:
- Оперативно-диспетчерский пункт. Рабочий персонал через специальный терминал, подключенный по удаленной (иногда беспроводной) связи, контролирует работу станции в утяжеленных и нормальных режимах. Могут применяться вспомогательные устройства автоматики, а скорость передачи команд варьируется от нескольких минут до часов.
- Противоаварийный блок управления. Данный модуль включается в работу при сильных возмущениях на линии. К примеру, если передача электроэнергии от электростанции к потребителю происходит в условиях переходных электромеханических процессов (при внезапном отключении собственного питания, генератора, сбросе значительной нагрузки и т. д.).
- Релейная защита. Как правило, автоматический модуль с независимым источником энергоснабжения, в перечень задач которого входит локальное управление энергосистемой за счет быстрого обнаружения и отделения неисправных частей сети.
Вспомогательные электроустановки на линиях электропередачи
Подстанция кроме трансформаторного блока предусматривает наличие разъединителей, отделителей, измерительных и прочих дополняющих устройств. Они не относятся прямо к управляющему комплексу и работают по умолчанию. Каждая из этих установок предназначена для выполнения определенных задач:
- Разъединитель выполняет размыкание/включение силовой цепи, если на силовых проводах отсутствует нагрузка.
- Отделитель автоматически отключает трансформатор от сети на время, которое потребуется для аварийного режима эксплуатации подстанции. В отличие от управляющего модуля, в данном случае перевод на аварийную фазу работы производится механически.
- Измерительные устройства определяют вектора напряжений и токов, при которых осуществляется передача электроэнергии от источника к потребителю в конкретный момент времени. Это тоже автоматические средства, поддерживающие и учет метрологических погрешностей.
Проблемы при передаче электрической энергии
При организации и эксплуатации сетей электроснабжения возникает немало сложностей, носящих технический и экономический характер. Например, важнейшей проблемой такого рода считаются уже упомянутые потери мощности тока из-за сопротивления в проводниках. Данный фактор компенсируется трансформаторным оборудованием, но и оно, в свою очередь, нуждается в обслуживании. Техническое поддержание сетевой инфраструктуры, по которой осуществляется передача электроэнергии на расстояние, в принципе затратно. Оно требует и материальных, и организационных ресурсных расходов, что в итоге отражается и на повышении тарифов для потребителей энергии. С другой стороны, новейшее оборудование, материалы для проводников и оптимизация процессов управления все же позволяет сокращать часть эксплуатационных расходов.
Кто является потребителем электроэнергии?
В немалой степени требования к энергоснабжению определяются самим потребителем. А в этом качестве могут выступать производственные предприятия, коммунально-бытовые организации, транспортные компании, владельцы загородных коттеджей, жители многоквартирных городских домов и т. д. Принципиальным признаком различия между разными группами потребителей можно назвать мощность его линии снабжения. По этому критерию все каналы передачи электроэнергии потребителям разных групп можно разделить на три вида:
- До 5 МВт.
- От 5 до 75 МВт.
- От 75 до 1 тыс. МВт.
Заключение
Разумеется, вышеописанная энергоснабжающая инфраструктура будет неполной без непосредственного организатора процессов распределения энергетического ресурса. В качестве снабжающей компании выступают участники оптового энергетического рынка, имеющие соответствующую провайдерскую лицензию. Договор на услуги по передаче электроэнергии заключается с энергосбытовой организацией или иным поставщиком, который гарантирует снабжение в указанный расчетный период. При этом задачи техобслуживания и эксплуатации сетевой инфраструктуры, которая обеспечивает конкретный объект потребителя в рамках договора, могут находиться в ведомстве совсем другой сторонней организации. Это же касается и самого источника генерации энергии.
