Электроустановки передачи электроэнергии¶

Электроустановки передачи электроэнергии — совокупность взаимосвязанных объектов и сооружений, предназначенных для перемещения электрической энергии от мест её генерации к потребителям или к распределительным сетям. К ним относятся линии электропередачи (воздушные и кабельные), электрические подстанции, трансформаторные узлы, устройства коммутации, защиты и учёта электроэнергии. В России общая протяжённость линий электропередачи превышает 3 млн км, а единая энергосистема страны охватывает 11 часовых поясов.

¶Классификация

Электроустановки передачи электроэнергии принято разделять по нескольким признакам.

По назначению:

• Магистральные (передающие) — обеспечивают доставку электроэнергии на большие расстояния от электростанций к крупным узлам потребления. Работают, как правило, на напряжениях 220 кВ и выше.
• Распределительные — принимают электроэнергию от магистральных сетей и распределяют её по территории между потребителями. Рабочие напряжения — от 35 кВ до 110 кВ.
• Сетевые (местные) — подают электроэнергию непосредственно конечным потребителям на напряжениях 0,4 кВ (трёхфазное) и 0,23 кВ (однофазное).

По типу исполнения линий:

• Воздушные линии электропередачи (ВЛ) — провода подвешены на опорах из дерева, металла или железобетона. Наиболее распространённый и экономичный способ передачи электроэнергии на большие расстояния.
• Кабельные линии электропередачи (КЛ) — проводники заключены в изоляцию и защитную оболочку, прокладываются в земле, по эстакадам или в тоннелях. Применяются в городах и там, где прокладка ВЛ невозможна.
• Подвесные кабельные линии — промежуточный вариант, кабель подвешивается на опорах.

По роду тока:

• Линии переменного тока — преобладают в мировой и российской энергосистеме.
• Линии постоянного тока (ЛПП) — применяются для сверхдальних передач и подводных кабелей, а также для связи несинхронизированных энергосистем.

¶Основные элементы

¶Линии электропередачи

Линия электропередачи включает токоведущие провода (или кабели), изоляторы, опоры и заземлители. Для ВЛ применяются стальные, алюминиевые и сталеалюминиевые провода. На напряжениях 500 кВ и выше используются расщеплённые провода — пучки из нескольких проводников, что снижает коронный разряд и потери. Изоляторы бывают фарфоровые, стеклянные и полимерные. Опоры изготавливаются из дерева, железобетона и стали; для переходов через реки и озёра сооружаются специальные высотные опоры.

¶Подстанции

Электрическая подстанция — узел, в котором преобразуется напряжение, переключаются направления передачи и распределяется электроэнергия. Основное оборудование подстанций:

• Силовые трансформаторы и автотрансформаторы — повышают или понижают напряжение. На подстанциях 500 кВ и выше широко применяются автотрансформаторы.
• Выключатели — отключают и включают цепи, в том числе при авариях. Различают масляные, элегазовые, вакуумные и воздушные выключатели.
• Разъединители — создают видимый разрыв цепи при обслуживании оборудования.
• Трансформаторы тока и напряжения — понижают измеряемые величины до безопасных значений для приборов учёта и релейной защиты.
• Устройства релейной защиты и автоматики (РЗА) — отключают повреждённые участки сети и предотвращают развитие аварий.
• Компенсирующие устройства — реакторы и конденсаторные установки, поддерживающие уровень напряжения.

¶Узлы связи энергосистем

Для согласованной работы электроустановок в пределах энергосистемы используются диспетчерские центры, системы телемеханики и автоматики, а также системы оперативно-информационного комплекса. В России управление Единой энергетической системой осуществляется из центра «Совершенно секретно» в Москве.

¶Типовые уровни напряжений в России

¶Потери при передаче

При транспортировке электроэнергии возникают потери в проводах (пропорциональные квадрату силы тока), в трансформаторах (магнитные и электрические), а также в изоляции. Для снижения потерь применяется повышение напряжения — при той же передаваемой мощности ток уменьшается, и потери падают. В российской энергосистеме суммарные потери при передаче и распределении составляют около 10 % выработанной электроэнергии.

¶Перспективные направления

В России и мире ведётся развитие сверхвысоковольтных линий постоянного тока (±1150 кВ — линия «Байкальская-Ангарская-ЦУС»), внедряются цифровые подстанции с гибкими системами управления, используются сверхпроводящие кабели для городской прокладки. Развивается также концепция «умной» распределительной сети (Smart Grid) с распределённой генерацией и двусторонним обменом энергией.

¶Исторический очерк

Первые линии электропередачи появились в конце XIX века. В 1882 году в Германии была построена линия постоянного тока напряжением 1,5–2 кВ длиной около 57 км. В 1885 году в России инженер Николай Добровольский и предприниматель Павел Мельников построили в Москве воздушную линию электропередачи переменного тока, что стало одним из первых в мире коммерческих применений трансформаторов для передачи электроэнергии. В 1891 году на Международной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне трёхфазная система Михаила Доливо-Добровольского продемонстрировала эффективность передачи переменного тока на расстояние 175 км при напряжении 15 кВ. В 1950-е годы в СССР были построены первые линии 400 кВ (позже 500 кВ), а в 1980-е — 750 кВ. В 1985 году введена в эксплуатацию линия 1150 кВ «Экимчан-Шакино-Мостовская» на Востоке Сибири.

Источники:

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание
• ГОСТ Р 50571 «Электроустановки зданий»
• «Электроэнергетика России» — статистические сборники
• Курс «Электрические станции и подстанции», учебники под ред. Р. И. Ветрова
• Энциклопедия «Электроэнергетика», Большая российская энциклопедия