Как электроэнергия поступает с генераторов электростанций в энергосистему
Электрические генераторы электростанций вырабатывают электрическую энергию напряжением 6,3-36,75 кВ (в зависимости от типа генераторов). Передача электроэнергии в энергетической системе на большие расстояния с целью снижения потерь и капитальных затрат на построение электрических сетей производится на повышенном напряжении, поэтому электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанций, перед передачей в энергосистему повышается до напряжения 110-750 кВ.
Энергосистема, в частности распределительные сети, строится таким образом, чтобы максимальная мощность генераторов электростанций соответствовала нагрузочной способности электрических сетей участка энергетической системы и, что не менее важно, чтобы она в полной мере обеспечивала потребности потребителей, в том числе и в случае отключения того или иного генератора от электрической сети.
Величина напряжения магистральных линий, по которым планируется передавать вырабатываемую генераторами электроэнергию в энергетическую систему, зависит от величины электростанции – количества и мощности генераторов. Если это крупная атомная электростанция (АЭС), которая отдает в систему несколько ГВт электрической энергии, то целесообразно ее подключить к системообразующим линиям напряжением 750 кВ, которые способны нести нагрузку величиной в десятки ГВт.
Меньшие по количеству отпускаемой электрической энергии тепловые электростанции (ТЭЦ, ТЭС) и гидроэлектростанции (ГЭС) связывают с энергетической системой линиями напряжением 110, 220, 330 или 500 кВ, в зависимости от мощности данных электростанций.
Устройство гидроэлектрической станции
Преобразование электрической энергии, вырабатываемой генераторами на электростанциях, в требуемое значение напряжения для дальнейшей передачи электроэнергии потребителям осуществляется на повышающих подстанциях.
На данных подстанциях устанавливаются повышающие трансформаторы или автотрансформаторы, которые в распределительных устройствах подстанции передают электроэнергию непосредственно на потребительские распределительные подстанции или в энергосистему по высоковольтным линиям.
Особенности включения и отключения генераторов от энергосистемы
Энергосистема – это сложная система, в которой все узлы между собой взаимосвязаны, в которой соблюдается баланс между производимой на электростанциях и потребляемой потребителями электрической энергии. Отключение генератора на электростанции может привести к нарушению этого баланса в том или ином участке энергосистемы.
Если в данном участке энергосистемы отсутствует возможность покрытия возникшего дефицита мощности, то это может привести к обесточению потребителей. Поэтому все плановые работы, предусматривающие отключение и включение в сеть генераторов электростанций, должны производиться с учетом особенностей и режима работы энергосистемы в целом и ее отдельных участков.
При рассмотрении режимов работы основной задачей является обеспечение максимальной надежности электроснабжения потребителей с учетом возможных аварийных ситуаций.
Исключение составляют аварийные отключения генераторов электростанций. Как и упоминалось выше, энергосистема строится таким образом, чтобы в случае отключения генератора от электрической сети была возможность покрытия возникшего дефицита мощности за счет увеличения количества вырабатываемой мощности на других электростанциях.
Также следует отметить особенности включения в сеть электрических генераторов. Перед включением генератора на параллельную работу с энергосистемой он должен предварительно синхронизироваться с данной энергетической системой. Процесс синхронизации генератора с системой заключается в достижении равенства частоты и напряжения, а также совпадения по фазе векторов напряжения генератора и электрической сети.
На электростанциях процесс синхронизации и дальнейшего контроля над режимом работы генераторов выполняется при помощи сложных устройств, которые работают преимущественно в автоматическом режиме.
Включение в сеть предварительно не синхронизированных с ней генераторов приводит к возникновению аварийных ситуаций, масштаб которых прямо пропорционален мощности включаемых в сеть генераторов.
Регулировка напряжения, выдаваемого генераторами в сеть, осуществляется при помощи устройств автоматического регулирования возбуждения (АРВ). Диапазон регулирования напряжения на генераторе при помощи устройств АРВ небольшой. При необходимости дополнительное регулирование напряжения производится путем изменения коэффициентов трансформации – при помощи устройств ПБВ и РПН, встроенных в трансформаторы (автотрансформаторы) распределительных подстанций.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
какое напряжение на выходе с турбин электростанций, или на разных разное? если низкое повышают какое нужно?
Номинальные напряжения генераторов в СССР (РФ) : 6,3 кВ; 10,5 кВ; 13,8 кВ; 15,75 кВ; 20 кВ и 24 кВ. Есть экспериментальный генератор на 110 кВ. Обычно, чем мощнее генератор тем выше напряжение. Соответственно, для связи с энергосистемой это напряжение повышается до 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ с помощью трансформаторов.
Остальные ответы
Разное конечно. Повышают напругу для передачи на дальние расстояния, есть несколько стандартов, 25кВ например
КостяПросветленный (49956) 11 лет назад
знаю 10 кв, 35кв, хде вы 25 нашли х\з
Андрей K Мастер (1574) Электрифицированные железные дороги — 3 кВ (постоянный ток), 25 кВ (переменный ток).
Я вам снюсьМудрец (13613) 7 лет назад
А на 2000 кВ на дальние линии электропередач не хотите? Ультравысокое напряжение: 1500 кВ, 1159 кВ, 750 кВ. А приведённый Вами пример стандарта 25 кВ используется разве что на ж/д, а где ещё я не знаю, хотя сам энергетик. И это среднее напряжение, даже не высокое, а по ДЛЭП передаётся электроэнергия сверхвысокого и ультравысокого напряжения.
Генераторы турбин выдают около 10 кВ. В зависимости от мощности электростанции, напряжение повышают до значений, соответствующих классу ЛЭП, через которую станция связана с энергосистемой. Как правило, это 110, 220, 330, 550 кВ.
Турбина не дает напряжение! Она вращает генератор . вот он как раз и преобразовывает механическую энергию в электрическую .
КостяПросветленный (49956) 11 лет назад
замечательно! сколько выдает генератор?
если память не изменяет- генераторы турбин вырабатывают 10-16 кВ. Далее — на повысительную п/ст. Выходное напряжение в ЛЭП 220-500 кВ. где-то так.
Электрическая часть электростанций
Каждый город, каждый завод имеют свои особенности – свой «набор» потребителей. Вот тут дом в сто квартир, но на первом этаже – парикмахерская и магазин, а в соседнем дом 150 квартир, зато ничего дополнительного. И каждый такой вариант – это задача, которую приходится решать нашим энергетикам. Мало того – решение географически начинается не в распределительном щитке подъезда, а куда как раньше. Тут даже не очень понятно, в каком порядке описывать алгоритм решения – то ли идти от генератора электростанции к розетке, то ли от розетки «забираться внутрь» электростанции. Но, раз уж предыдущий рассказ был об электростанциях, то начнем с них.
Для того, чтобы не загромождать рассказ ворохом технических описаний, пропускаем все, что связано с проблемой нагревания используемого железа. Крутится ротор – греется, статор – греется, принимая потоки магнитного поля, греется каждая металлическая деталь, каждая деталь требует тщательно выстроенной системы охлаждения. Изменилась форма сердечника – изменился характер генерации, а сеть требует, чтобы частота оставалась неизменной, ей 50 герц отдай и не греши. Вот за этими тремя предложениями мы и спрячем содержание нескольких учебников, в которых рассказано и показано, какие методы решения проблем существуют на станциях разного типа (тепловые, атомные, гидроэнергетические и гидроакккумулирующие – у каждой из них свои требования к надежности турбин и генераторов), какие технические нормативы необходимо соблюдать, какие системы безопасности использовать. Пропустим, все это, просто пометив – проблема есть, проблема большая, способы решения имеются, для нормального функционирования электростанции энергетикам надо знать об этом всё.
Генератор как таковой «не интересует», как будет жить распределительная сеть – будучи составной частью турбины, он обеспечивает решение ею главной задачи электростанции. Напомним, что главное – забрать и преобразовать максимум возможного количества энергии, которая вырабатывается за счет того или иного энергетического ресурса. Еще часть этой задачи – обеспечить генерируемому току частоту в 50 герц, а все прочее уже вторично. То, как ведут себя турбина и генератор в момент их запуска, как они реагируют на отключение нагрузки (крупный город «ушел спать») или резкое ее увеличение («доброе утро, страна!») – это еще один учебник электротехники, который мы в этот раз пропустим, оставим «на следующий семестр».
Но то, что вторично для генератора – смысл существования трансформаторов электростанции. Да, чтобы не бояться такого страшного слова тем, кто его слышит в своей жизни раз в сто лет – нет в нем ничего страшного: трансформатор всего-навсего трансформирует ток, который он получает. Получил ток с определенными характеристиками, трансформировал в ток с другими характеристиками. Зачем такая трансформация нужна?
В предыдущих статьях мы уже не раз и не два касались основного постулата электропередачи – если не хотим понапрасну греть провода, теряя активную мощность, то нужно обеспечивать высокое напряжение. Генератор за этим «не следит», он вырабатывает тот ток, который обеспечивает ему турбина, которая борется за свой максимальный КПД. Электростанции никогда не строят «просто так», каждую из них рассчитывают под определенных потребителей. В 100 км от нее будет город, в котором 100 тысяч население, в 150 км уже строят огромный завод, в котором будут жужжать сто тысяч станков, а еще бы не забыть про городок самих энергетиков, что уже заканчивают в двух км от места будущей работы. Этим, в 100 км, надо 100 миллионов ватт, вот тем – 500 миллионов. Пример, конечно, совершенно с потолка, но принцип отражен более-менее точно – рассчитывая характеристики электростанции, ее проектировщики заранее учитывают нужды потенциальных потребителей, среди которых загодя определяют основных.
Население в городе в 75 км от турбины будет расти, но медленно, а вот тут уже идет строительство предприятия, владельцы которого подписываются забрать 39% мощности и до которого от турбины 233 км. Какие-то потребители имеют схожие параметры – два города рядом, пять заводов на северо-северо-восток, на северо-восток будут забирать по 1 ГВт – соответственно, на такие группы трансформатор или трансформаторы должны выдавать вот такие токи. Соответствующим образом, опять же заранее, рассчитываются параметры трансформаторов – заранее известно, какой ток им «вручат» генераторы, дальше надо подумать, как трансформаторы изменят параметры тока. И, разумеется, снова надо решить задачи отвода тепла, устойчивости при внезапных изменениях нагрузок, обезопасить аппаратуру от коротких замыканий. От этих задач сначала постанывают проектировщики, потом чешут затылки заводы, конструкторы которых получают технические задачи от этих проектировщиков. И все то время, пока жужжат турбины, искрят генераторы, гудят трансформаторы – дежурные смены электростанций изо дня в день готовы вот тут подкрутить, вот здесь перекоммутировать, вот там во время заменить, готовы сделать это быстро, слаженно, не перепутав ни одной инструкции. Это действительно по настоящему боевые дежурства, по другому не назовешь.
Электрики за работой, Фото: elektrika-24.narod.ru
Продолжаем следить за путешествием тока внутри электростанции. Вот он покинул генератор, вот трансформаторы его видоизменили, разделили и… ? А что «и» – надо его передавать дальше. Несколько видов тока, предназначенные для разных групп потребителей, расположенных на разных расстояниях и по разным направлениям. Бардак, который приводят в стройную систему приборы-аппараты, названия которых точно отражают суть того, для чего они придуманы – распределительные устройства. Да, достаточно часто, когда нам приходится читать про электрические токи и станции, мы видим слово «шина» применительно ко всем этапам передачи тока. Сбивает с толку, потому как профессионалы привычно пропускают прилагательные – «электрическая», «энергетическая». Эта шина совсем не похожа на шины автомобильные, она не из резины сделана, а вовсе наоборот, поскольку задача ее – передать ток с минимальными потерями. Шина в электроэнергетике – это проводник электричества с минимальным сопротивлением.
Понятие «сопротивление», если отбросить детали – это нежелание материала, из которого сделан тот или иной проводник пропускать через себя ток. Часть мощности тока уходит на разогрев материала проводника, снижая КПД электростанции, что, разумеется, никого из энергетиков не радует. Для борьбы с такими потерями и разрабатываются шины, при помощи которых соединены между собой все устройства электростанции, обеспечивающие выдачу электроэнергии в сеть и все устройства, обеспечивающие внутреннее электроснабжение. Гибкие и жесткие, в виде кабелей и пластин соответственно, изолированные и неизолированные, собранные в шинопроводы, выполненные из стали, алюминия, меди – шины являются неотъемлемой частью любой электростанции. Их тоже приходится рассчитывать заранее, а потом монтировать и содержать в безукоризненном порядке, они тоже входят в «комплект головной боли дежурной смены электростанции».
Продолжаем отслеживать путешествие электроэнергии внутри электростанции. Турбина-генератор – шина – трансформатор – шина. Куда теперь? На распределительное устройство. Давайте рассмотрим все это не теоретически, а на простом, незамысловатом примере – на энергетическом блоке Нововоронежской АЭС с реактором ВВЭР-1200. Вот трансформатор, на который приходит ток от турбины:
Трансформатор на Нововоронежской АЭС, Фото: muph.livejournal.com
Вес этого изящного изделия 340 тонн, турбину и генератор АЭС он «обслуживает» не в одиночку, таких трансформаторов там три, поскольку принять им надо 1’200 МВт мощности. Принимают, увеличивают напряжение с 24кВ до 500 кВ и передают на КРУЭ-500.
КРУЭ – «комплектное распределительное устройство элегазовое», еще одна абракадабра от энергетиков. Но прием все тот же – надо разобрать термин на отдельные слова, ларчик и откроется. «Комплектное» – потому, что его скомплектовали не на стройплощадке мужики с паяльниками, а тщательнейшим образом рассчитали и со всеми техническими предосторожностями самым аккуратным и тщательным образом сделали это на заводе, доставив на станцию в укомплектованном виде. «Элегаз» – электрический газ, типичный слэнг, поскольку выговаривать научное название удовольствие то еще. Этот газ химиками именуется «шестифтористой серой», SF6, главное его свойство как химического соединения – то, что он не реагирует с кислородом. В «переводе на человеческий» – не горит, не воспламеняется этот газ ни при каких условиях, даже если очень сильно нагрет. Почему приходится бояться возгораний?
Каждый из нас не единожды видел, как искрит проводка, каждый год происходят сотни пожаров из-за того, что она где-то в доме загорелась. В доме – это 220 вольт и 50 ампер, так и то горим. В КРУЭ приходит ток в 500’000 вольт и 800 ампер, вот и попробуйте себе представить, на сколько выше и страшнее риск пожара в таком устройстве. Согласитесь – воздуху тут не место, устройство заполнено элегазом и тщательно загерметизировано. «Распределительное» – это потому, что устройство не преобразует ток, а только распределяет. «Кашку варила, деток кормила. Этому дала, этому дала…» – помните детскую сказку? Вот очень похоже, только «кашку сварили» трансформаторы, а вместо деток – линии электропередач или какие-то другие потребители. «Устройство» – так это потому, что оно устройство, полюбуйтесь:
КРУЭ-220, Фото: muph.livejournal.com
КРЭУ-500, которое используется на НВАЭС, не поместилось в кадр, но фигура человека позволяет представить, какого масштаба эта «железяка».
Думаете – все? Это КРЭУ раздает токи напряжением 500 кВ и только, но мы уже в начале статьи размышляли о том, что потребители могут быть поближе и подальше от турбины и генератора, а на ближние расстояния тянуть ЛЭП в 500 кВ дороговато. Есть такие потребители и у этой конкретной АЭС – к ним по плану побегут провода с током в 220 кВ. Для того, чтобы обеспечить потребителям такое напряжение, КРЭУ-500 передает часть мощности на другой трансформатор – ведь трансформировать ток умеет только он. Энергетики не любят вычурных названий, они любят логику. Трансформатор на верхней картинке повышает напряжение – значит, это повышающий трансформатор. КРЭУ передает ток в 500 кВ на трансформатор, задача которого понизить напряжение до 220 кВ – он и будет понижающим. Изящный, японский, никакой нашенской брутальности, но весит он 350 тонн:
Трансформатор Hyundai на Нововоронежской АЭС, Фото: muph.livejournal.com
Конечно, пример был подобран с умыслом – чтобы показать самые мощные трансформаторы и самые сложные КРЭУ. И, разумеется, они еще и самые дорогие, поскольку требуют той самой хай-технологии, которую мы привычно ассоциируем с айфонами и прочими ноутбуками с нано-чем-то-там. Чем меньше мощность электростанции – тем более дешевые варианты комплектов электрооборудования, которые энергетикам надо каким-то образом окупать, не сдирая при этом три шкуры с конечных потребителей. Распределительные устройства далеко не всегда требуют использования элегаза, есть места, где их можно даже не прятать в закрытые помещения, они и на свежем воздухе исправно выполняют свои функции. ОРУ – открытое распределительное устройство, их на наших и не наших электростанциях полным полно, выглядят они, к примеру, вот так:
Открытое распределительное устройство, Фото: tulaavtomatika.ru
Конечно, расположение распределительных устройств на открытом воздухе накладывает дополнительные требования на изоляцию всех контактов, зато позволяет изрядно экономить на капитальном строительстве – выбирают обычно то, что экономически целесообразнее. Но технически, с точки зрения безопасности ОРУ можно использовать только в случае, если выдаче подлежит не очень большая электрическая мощность. КРУЭ дороги сами по себе, импортозамещение на них все еще не действует, хотя ирония судьбы заключается в том, что элегаз был впервые использован как раз нашими инженерами-энергетиками.
Потребитель бывает разный
Случай с НВАЭС-2 – это не самое сложное, что бывает на электростанциях. Иногда набор потребителей настолько разнообразен, что приходится использовать еще большее количество распределительных устройств и трансформаторов. Исходят при этом из простого принципа – потребитель всегда прав, то есть работа любой электростанции должна быть продумана так, чтобы нам, потребителям, было максимально удобно и комфортно. Сгорел трансформатор, оборвались провода, полярная лисица покусала какую-нибудь шину между трансформатором и распределительным устройством – а холодильник слесаря Иванова и кофеварка менеджера Сидорова должны продолжать работать.
Но энергетики, которым приходится управлять всем своим огромным парком аппаратов самого разного предназначения из-за постоянного риска, постоянной напряженности (не путать с напряжением!), будучи первоклассными специалистами – не всемогущи, гарантировать на 100%, что ничего не случится с бесперебойностью подачи электроэнергии они не могут. Пожары, наводнения, обледеневшие провода, взбесившийся из-за заводского брака трансформатор – всякое в их жизни случается. Мы, потребители, подразделяемся для них на три категории: очень важные электропотребители, вторая – просто важные электропотребители, третья – все остальные. И мы ни за что не скажем, как именно энергетики ради краткости называют третью категорию в разговорах между собой…
Первая категория
Ну, а если без смеха, то логика подсказывает, какие потребители относятся к первой категории. Противопожарные насосы, шахты, сигнализации, химические производства и, как ни удивительно на первый взгляд, городские системы водоснабжения и канализации – потребители, от бесперебойного питания которых зависят жизнь и здоровье людей. Ну и, само собой «мелким почерком» – еще и те, от которых зависит безопасность государства, потому, между прочим, мы с вами можем быть спокойны за наличие связи, телевидения и прочих интернетов.
Энергопотребители категории «номер раз» должны иметь два, а то и три независимых резервируемых источника питания, при этом перерыв для возобновления электроснабжения при отключении одного из них, должен быть лишь на время автоматического переключения на второй. Объект питается от трансформаторной подстанции? Прекрасно, только для резерва надо подвести электропитание и от второго. На город работает только одна электростанция и потому могут отключиться обе подстанции? Тогда должны иметься про запас и дизельные установки, последняя капля солярки в которых должна быть израсходована на зарядку аккумуляторной батареи.
Вторая категория
Энергопотребители, отключение которых могут привести к массовому возникновению брака или к недоотпуску продукции, но допускается некоторое время на переключение. Другими словами, допустимо время простоя до восстановления электроснабжение – дежурная смена электриков имеет хоть какое-то время на переключение, которое в этом случае доверено людям, а не автоматам. Но при этом наличие резервной линии питания также строго обязательно.
Третья категория
Все, кто не входит в первые две. Для нее допустимо электроснабжение от одного источника, но при условии, что на восстановление питания будет потрачено не более суток. Очевидно, что подразделение потребителей на эти категории проектируется изначально, но это уже не уровень электростанций. Резервные линии, обеспеченные автоматами переключения – это забота городской сети, до которой ток прибежит по ЛЭП.
Городами командуют вовсе не мэры
Разумеется, высоковольтные линии не несут поезда до подъездов домов – как-то нам без особой надобности сотни киловольт в розетках. Если посмотреть на наши города с высоты птичьего полета, то обнаружится, что по периметру их окружают замысловатые сооружения, имя которым – электрические подстанции.
Электрическая подстанция, Фото: wikimapia.org
Для населенных пунктов подстанции – пожалуй, самые важные электроустановки. Это, если коротко, некая комбинация трансформаторов и распределительных устройств, собранная на одной площадке. Подстанция способна сразу на все – понизить или повысить напряжение, увеличить или уменьшить силу тока, распределить напряжение одного класса на несколько потребителей или, допустим, на несколько городских кварталов. Городские подстанции – то, что обеспечивает все городские потребности, это и есть настоящий центр города, а не всяческие мэрии прочие гнезда чиновников, которые пытаются доказать, что без них никак. Завотделом может не выйти на работу по случаю отпуска или больничного, больших неудобств это не вызовет. Выходной или перерыв на обед для подстанции будет катастрофой для города, дежурные энергетики на них, как и на электростанциях, на наш взгляд, должны приравниваться к сотрудникам МЧС или военным, находящимся на боевом дежурстве. С учетом уровня ответственности, лежащего на них – каждый должен быть многократно проверенным профессионалом, получающим достойное вознаграждение за свой труд. Если кто-то считает, что Аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru ушел в агитацию и пропаганду, то переубедить заблуждающихся нам будет несложно. Вот совершенно реальный список основных элементов электрических подстанций:
- силовые трансформаторы, автотрансформаторы, шунтирующие реакторы;
- вводные конструкции для воздушных и кабельных линий электропередач;
- открытые и закрытые распределительные устройства, включающие системы и секции шин, силовые выключатели, разъединители, измерительное оборудование, оборудование ВЧ-связи между подстанциями, конденсаторы, фазовращатели, реакторы, преобразователи, выпрямители;
- система питания собственных нужд подстанции, состоящая из трансформаторов собственных нужд, щитов переменного тока, аккумуляторных батарей, щитов постоянного тока, дизельные генераторы и других аварийных источников питания;
- системы защиты и автоматики, в состав которых входят устройства релейной защиты, противоаварийная автоматика для силовых линий, трансформаторов и шин, автоматическая система управления, система телемеханического управления, система технологической связи энергосистемы и внутренней связи подстанции;
- система заземления , включая заземлители и контур заземления;
- молниезащитные сооружения.
Не устали читать? А электрики знают это не только наизусть, но и, что называется, наощупь – до любого устройства они должны уметь добираться с максимальной скоростью в любое время суток и при любой погоде, назубок знать, какие могут возникнуть неисправности…
ЕЭС России – самое колоссальное инженерное сооружение планеты
Кроме подстанций, обеспечивающих городское хозяйство, есть еще и такие, которые, пожалуй, можно назвать стратегическими – промежуточные подстанции единой энергосистемы России. Это узлы, связывающие воедино огромную страну, значимость которых не меньше, чем у генерирующих мощностей. Провода ЛЭП, тянутся на многие сотни километров, между ними, а также между ними и землей действуют достаточно высокие напряжения, поэтому на поверхности проводов накапливаются достаточно большие заряды. В электротехнике это – конденсатор, и при изменении напряжения от одного провода к другому текут так называемые токи смещения, а потому и ток, текущий по проводу, будет неодинаков в разных точках линии. Чем длиннее линия и чем выше в ней напряжение – тем больше значение этих токов смещения, тем больше разница между током в начале и в конце линии. Протекающий в проводах переменный ток, в свою очередь, создает между проводами переменное магнитное поле, которое наводит в проводах электродвижущую силу. Как следствие – в проводах кроме активного падения напряжения, появляется еще и индуктивное падение, которое, в силу неодинаковости мгновенных значений тока вдоль провода также не будет одно и то же на единицу длины в разных точках.
Но и это не все – в силу несовершенства изоляции, кроме токов смещения от одного провода к другому может еще проходить ток утечки. И нет никаких способов избавиться от этих трех проблем, кроме промежуточных подстанций, которые приходится строить через каждые 200-300 км для того, чтобы они компенсировали все сложности из-за всего перечисленного. «Узловые» подстанции обеспечивают подключение к сети генерирующих мощностей, совмещая и преобразуя их токи, подстанции обеспечивают реверсивные поставки электроэнергии между семью объединенными энергетическими системами, которые составляют ЕЭС России (напомним, что наша ЕЭС – это соединенные межрегиональными высоковольтными линиями энергосистемы Востока, Сибири, Урала, Средней Волги, Центра, Юг и Северо-Запада), подстанции обеспечивают синхронный режим работы ЕЭС. Впрочем, такие подстанции, как и рассказ о том, как функционирует Единая Энергетическая Система России выходят за рамки сегодняшней статьи.
Мы смогли проследить основную часть маршрута электроэнергии от турбины к нашим розеткам, остается совсем немного – понять, как распределяется электроэнергия внутри наших городов. Нам кажется, что теперь вы представляете, каких трудов и забот стоит энергетикам наш привычный уровень комфорта, чтобы энергия прошла каждый из этапов большого пути. Турбина, генератор, трансформатор, распределительное устройство, ЛЭП, подстанция – это общая схема, общая, «электрическая», часть электростанций любого типа (кроме солнечных). Это – то, что обязаны знать и уметь все наши энергетики вне зависимости от того, работают ли они на ГЭС, на атомной или любой тепловой электростанции. Это – то, что работает бесперебойно, без праздников и выходных, из года в год, не обращая внимания на то, какой там -изм на дворе. Электричество поступало к потребителям в годы войны, во время стихийных бедствий, в девяностые годы, когда энергетики годами сидели без зарплаты.
Статья выходит в преддверии Дня энергетика, к поздравлению с которым всех, кто так надежно работает, обеспечивая работу огромного энергетического хозяйства от Калининграда до Камчатки. Спасибо вам, уважаемые энергетики!
Потоки электричества
Традиционно мы считаем человека культурным, если он обогатил себя познаниями в литературе, музыке, живописи, зодчестве, скульптуре, разбирается в истории и в современном уровне развития театра, кинематографа, понимает «язык балета» и так далее. Красиво, интересно, захватывающе, возвышенно – сплошные горные выси и полет духа. При этом все замечательные люди, учащие нас культуре и культуру развивающие, каждый свой день начинают приблизительно одинаково: открыв глаза в теплом жилище, щелкают выключателем, взбадриваются под душем, варят на плите или в кофеварке «глоток утренней свежести», открыв холодильник, извлекают охлажденные продукты, которые можно быстро разогреть в микроволновке. О том, что тепло в квартире обеспечивает сложнейшая система теплоцентралей и распределительная сеть центрального теплоснабжения, что электричество в розетку попадает как результат использования энергетических ресурсов в топках электростанций, что канализация работает благодаря электронасосам, творцы культурных ценностей вспоминают только изредка – когда что-то из перечисленного по тем или иным причинам отсутствует. Вот всегда было и вдруг – бац! – нету.
И вот уже наощупь по комнатам, вот уже «завяли» продукты в холодильнике, да и разогреть их не на чем, а балерины при минус пяти в помещении «Лебединое озеро» танцевать отказываются, да и театральный декоратор в темноте на ощупь работать не хочет. Два-три дня в таких условиях – и вот уже культурный человек становится похож на варвара, да и пахнет как-то так себе, творцы кинематографических шедевров и вовсе места себе не находят, поскольку при не работающем оборудовании творить не получается. И вот только тогда живописцы, пишущие в жанре реализма пейзажи, начинают смутно догадываться, что «эти вот столбы с проводами» не просто так повсюду понатыканы.
Ударим культурой по электрической неграмотности
В XXI веке нельзя считать себя культурным человеком, если ты не отличаешь ротор от статора, не знаешь отличий ТЭС от ГЭС и не знаешь, что трансформаторная будка во дворе многоэтажного дома это не только 2-3 двери, но еще и основа электрического благополучия всех квартир в нем. Важно не только знать отличия фуэте от фуа-гра, но и чем угольный карьер отличается от шахты, что нефть на месторождениях имеет разный состав, природный газ состоит из целого набора газов, а природный уран радиоактивной опасности практически не имеет. Минимальный уровень – знания об «электрической части» любой традиционной электростанции, о том, как они работают в качестве «фабрик электричества».
Если любопытство не «покусывает», можно оставить в стороне истории о том, как именно образуется пар, вращающий турбины, но вот то, как это вращение «огромной железяки» умудряется обеспечивать работу заводов с фабриками, насоса на АЗС и дает нужный ток, чтобы гаджеты заряжались, знать нужно. Хотя бы уже по той причине, что здания электростанций и котельных, подстанции и трансформаторы, опоры ЛЭП давно стали неотъемлемыми частями что городского, что сельского пейзажей. Спросит про них ребенок или внук – неловко ведь будет рассказывать в ответ что-то невнятное на тему «как космические корабли бороздят просторы Большого театра», уважаемые представители старшего поколения.
Пару лет назад Аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru уже предпринимал попытку борьбы за техническую грамотность, опубликовав цикл статей «Электростанции как колыбель электричества», который легко найти в «Библиотеке» нашего издания. Однако и цикл был не достаточно полон, и время на месте не стоит. В последние пару лет в обиход плотно вошло такое понятие, как «цифровизация», его даже компьютерные текстовые редакторы перестали красным подчеркивать. Интуитивно мы понимаем, что цифровизация имеет непосредственное отношение к электросетям, а ФСК (Федеральная Сетевая Компания), достаточно регулярно сообщает о своих успехах на этом поприще, вот только подробности о том, что именно «переводят на цифру» и какую пользу этот перевод несет найти куда как сложнее.
И вот в этот не простой момент к нам на помощь пришел наш новый автор Ярослав Зыков, инженер электроснабжения – профессионал, который поможет справиться с этими задачами и расширить круг знаний об электричестве. Токи постоянные и токи переменные – это ведь не только традиционные электростанции (тепловые, атомные и ГЭС), но и электростанции, работающие за счет возобновляемых источников энергии, да и статьи, посвященные электромобилям, будут значительно понятнее и даже интереснее, если понимать, что в данном случае означает приставка «электро». Будем пробовать традиционно обходиться минимумом формул, опираться на привычные знания школьного уровня и житейскую логику – такого багажа хватает на многое.
Майкл Фарадей и некоторые подробности
Человечество за свою историю придумало массу способов добычи энергии, догадалось, что источник энергии может находиться не рядом с ее потребителем, а поближе к месторождениям энергетических ресурсов, да и просто на расстояниях, которые гарантированно обеспечивают безопасность населенных пунктов. Одним из следствий такого подхода к делу и стало создание отдельной научной и технической дисциплины в энергетической отрасли – передача электроэнергии от источника генерации к удаленным от него на значительное расстояние потребителям.
Не будем сейчас углубляться в технические подробности того, как электричество вырабатывается. Мы уверены, что читатели хотя бы смутно помнят школьный курс физики – все эти направленные движения заряженных частиц, магнитные и электрически поля, генераторы, и всё прочее. Для тех, кто совсем уж далек от этого, имеется возможность освежить память.
В этот раз лучше пошире охватим чисто технические вопросы, связанные с передачей, распределением и использованием электроэнергии. Как показывает практика, понятия граждан в части распределения электричества заканчиваются на стенных розетках и выключателях, самые продвинутые смогут вспомнить про этажные электрощитки и счётчики. Разумеется, все эти части распределительных электросетей (а даже розетки и счётчики имеют отношение именно к ним) также важны, но они – лишь крайне малая часть всей энергосистемы. Скажем больше, это даже не самая важная её часть, чего бы там граждане о себе ни думали.
Итак, благодаря Майклу Фарадею, впервые в 1831 году обнаружившему, что движущийся в постоянном магнитном поле проводник способен вырабатывать электрический ток, мы можем получать в свои розетки электроэнергию. Да, современные генераторы имеют мало общего с «диском Фарадея» — они огромны, чудовищно мощны и дьявольски сложны. Но, как мы уже условились выше, не будем углубляться в вопросы генерации. Примем, что источник электроэнергии у нас есть. Как доставить эту энергию потребителям? Любой современный человек легко ответит на этот вопрос: да по линиям электропередачи! И будет полностью прав. Любой гражданин нашей Родины совершенно уверен в том, что он чуть ли не ежедневно видит массу проводов, натянутых «между столбами»… Нет, термин «столбы» с точки зрения энергетика не только не точен, но даже обиден. Как говорили мои коллеги, «столб – это то, на чём держится забор, а провода подвешены на опорах!». Поэтому давайте использовать правильную терминологию: линии электропередачи проложены по опорам, деревянным, бетонным или металлическим. Опоры, если присмотреться к ним внимательнее, почему-то имеют разный размер, да и проводов на них порой висит разное количество – и один, и три, и четыре, и больше! Оглянитесь вокруг попристальнее, и вы обнаружите, что и провода могут быть разными – в изоляции и без, толстыми и тонкими, на фарфоровых изоляторах и на стеклянных. И изоляторов может быть различное количество – от небольшого фарфорового в количестве одна штука до огромных гирлянд штук по 20 на каждом проводе. А почему оно так всё устроено? Давайте разбираться.
Для начала придется смириться с одним незыблемым фактом: генераторы любой современной тепловой, атомной или гидроэлектростанции вырабатывают электроэнергию с напряжением вовсе не в привычные нам 220 вольт, а в 6-10 киловольт (кВ). Почему сделано именно так? Разумеется, нетрудно изготовить генератор с выходным напряжением 220 В однофазного тока или 380 В трёхфазного. Маломощные генераторы, например, дизельные электростанции, на такой номинал вполне себе имеют место быть, но для крупной и мощной электростанции это экономически невыгодно по той простой причине, что электроэнергия передается через совершенно конкретные проводники электричества, которые должны соответствовать совершенно конкретным требованиям и, что огорчительно, стоят они при этом совершенно конкретных денег.
Самая сложная часть статьи – тут есть формула
Уровень напряжения в проводах весьма существенно влияет на две вещи, важные для всей системы электропередачи: на то, какое конкретно потребуется сечение проводников, и на то, какой им будет необходим класс изоляции. Сечение проводника тем меньше, чем выше напряжение в нём и ниже сила тока. Напомни ровно одну формулу – формулу электрической мощности:
Q = I x U
где Q – активная мощность, передаваемая по проводнику, I – сила тока в проводнике, U – напряжение.
Пока не будем заострять внимание на том, что мощность зачем-то названа именно активной, примем именно эту формулу. Нас, потребителей, интересуют не значения силы тока и напряжения – для нас критично важно, чтобы передаваемая мощность была достаточна для работы всех необходимых нам в быту и на работе электроприборов и устройств. Из формулы ясно, что если надо передать по проводнику конкретную мощность, можно «играть» значениями силы тока и напряжения – лишь бы их произведение друг на друга давало необходимый результат. Можно увеличить силу тока и одновременно снизить напряжение, но энергетики действуют с точностью до наоборот — уменьшают силу тока и увеличивают напряжение. Зачем уменьшать силу тока? Дело в том, что проводник, даже медь (самый лучший в смысле проводимости материал) при передаче по нему электрической мощности нагревается. И нагрев проводника зависит от двух вещей – силы тока и сечения проводника. Греть проводник нежелательно, это в лучшем случае прямые потери энергии на обогрев атмосферы, в худшем – термическая деградация материала проводника вплоть до его расплавления. Можно увеличить сечение, но тогда он станет тяжёлым и дорогим. Стало быть, экономически выгодно уменьшить силу тока. И для этого есть ровно один способ, причем простой – увеличить напряжение.
С увеличением напряжения растёт класс изоляции всех используемых проводников электричества – мы ведь не хотим, чтобы электроэнергия терялась по пути от электростанции до потребителей, да и демографическая ситуация в стране сложная, жизнь и здоровье электриков беречь требуется, а не использовать новых и новых специалистов при каждом проведении ремонтных работ. Как это ни странно, любой диэлектрик (материал, не проводящий электричество) имеет хоть и очень большое, но вполне конечное и измеримое электрическое сопротивление. Поэтому для надёжной изоляции проводника с высоким напряжением требуется хороший диэлектрик со строго определенными характеристиками. Если толщина изолятора и его материал выбраны неверно, то либо через диэлектрик будет происходить постоянная утечка напряжения, а это прямые потери энергии, либо изолятор будет пробит, и тогда случится короткое замыкание (КЗ) с самыми серьезными последствиями. Отсюда – очевидный вывод: класс изоляции выбирать нужно, имея в виду баланс между эффективностью изолятора и потребным сечением проводника. И именно поэтому напряжение в генераторах электростанций обычно принимается в 6-10 кВ: при таком напряжении изоляция получается достаточно компактной, а сечение проводников в обмотках генератора не слишком толстым, то есть и сам генератор не превращается в совсем уж колоссальное по своим размерам устройство. В общем, соблюдается конструктивный компромисс между стоимостью агрегата и его эффективностью.
Дороги и тропинки электроэнергии
Если электростанция находится рядом с потребителями, например, с небольшим городом, то напряжение 6-10 кВ можно сразу выдать для питания городских нужд, разве что для конечных потребителей его надо бы сначала понизить до привычных всем 220 или 380 В. Нет, можно, конечно, и по квартирам развести 10 кВ, но представьте себе размеры розеток, выключателей и кабелей, заложенных под штукатурку стен! Это будет дорого, глупо и опасно. Гораздо эффективнее подвести линию, скажем, 10 кВ к большому жилому дому и обустроить во дворе трансформаторную подстанцию. Эти сооружения всем известны, их обычно в народе величают «трансформаторными будками». На такой подстанции устанавливают трансформатор, который понижает напряжение с 10 кВ до 380 В, подает его в смонтированное тут же, в «будке», распределительное устройство (РУ), от которого воздушными или кабельными линиями напряжение подается в подъезды, где на распределительных щитках для каждой квартиры граждан напряжение получает привычные, «родные» 220 В.
На электростанции РУ также необходимо — ведь и линий от нее отходить может несколько, по количеству основных потребителей, и генераторов может быть несколько. Генераторы выдают напряжение на общие провода электростанции, которые называются шинами, или ошиновкой. К шинам подключаются отходящие линии, подающие питание на подстанции, окружающие по периметру каждый город – на подстанциях происходит первое снижение напряжения электричества, приходящего с РУ электростанций и здесь же электроэнергия распределяется по группам городских потребителей. Для наглядности можно представить себе, пожалуй, вот такую картинку: с электростанций в сторону потребителя несется мощный поток электроэнергии, который на входе в город встречает «плотина» подстанции, которая снижает напор и распределяет общий поток на «ручьи» отдельных направлений. Перед зданием, в котором работают или живут потребители – вторая плотина, трансформаторная подстанция, задача которой – снизить напор еще сильнее и превратить ручьи в ручейки. И только после фильтра – распределительного щита на лестничной клетке – окончательно усмиренная, ручная и дрессированная электроэнергия подается к нашим столам.
Для тех, кому хочется узнать больше подробностей о том, как выглядит путь-дорога электроэнергии от генераторов на электростанциях до розеток в наших жилищах, предлагаем к прочтению одну из наших предыдущих статей под названием «Распределение электроэнергии в городе».
Электрическая коммутация как предмет инженерного искусства
В этой схеме есть ещё два очень важных элемента, про которые в указанной статье ничего не рассказано — коммутационные аппараты и устройства защиты. Коммутационные аппараты нужны для включения и отключения линий питания и устройств, подключенных к ним. Зачем надо отключить, скажем, линию? Ну, например, для ее ремонта. Нет, существуют методы и технологии работы на линиях прямо под напряжением, но обычно так не делают – это очень опасно! Поэтому каждую линию электропередачи оборудуют на обоих ее концах — например, у электростанции и у подстанции, устройствами коммутации. В электроэнергетике используется два типа коммутационных аппаратов – обычные и силовые. Силовой аппарат (выключатель) необходим для отключения линии электропередачи прямо во время ее работы, то есть под нагрузкой. Он обязательно снабжен устройствами для гашения электрической дуги – замечательное физическое явление, с которым, как ни странно, электрики не хотят знакомиться близко, хотя оно представляет немалый интерес для каждого добросовестного научного экспериментатора.
Атмосферный воздух, к которому мы так привыкли, для профессионального энергетика – диэлектрик, поскольку при обычных условиях он не проводит электричество. Но в момент, когда происходит размыкание контактов электрической сети, воздух перестает быть диэлектриком – напряжение в проводниках электричества имеет значение выше критического, которое называют напряжением пробоя. Это явление происходит в течение очень короткого времени, порядка 0, 000 000 01 секунды, а вот последствие в виде электрической дуги может установиться на длительное время. Во время пробоя между разорванными контактами цепи возникает искровой заряд, импульсно замыкая электрическую цепь. При достаточной мощности источника напряжения в воздушном промежутке образуется устойчивое количество плазмы в объеме, которого достаточно для значительного падения сопротивления воздушного промежутка – воздух превращается в прекрасный проводник. При этом искровые разряды становятся дуговым разрядом, образуется плазменный шнур между контактами, создается плазменный тоннель. Интереснейшее явление!
Возникающая дуга является проводником электричества и замыкает электрическую цепь между контактами, которые электрик только что разомкнул. Вот что этим электрикам не нравится-то, спрашивается? Плазменный тоннель позволяет увеличиваться току еще больше, дуга может нагреваться до величин от 5’000 до 50’000 градусов. Взаимодействие контактов цепи с плазмой дуги приводит их сначала к нагреву, затем частичному расплавлению и последующему испарению, что, конечно, огорчает любого исследователя и наблюдателя этого прелестного явления. После того, как провода испарятся, промежуток между тем, что незадолго до этого было электрическими контактами, вырастет, и дуга погаснет. Брызги раскаленного металла, превращающегося в газ от бешеной температуры, световая вспышка, которая может повредить зрение – это так занимательно и интересно!
Но суровые электрики не любят электрическую дугу, и все тут. То ли потому, что жить хотят, то ли из-за того, что получившееся воспоминание об электросети придется пару недель восстанавливать, то ли по еще каким причинам. Одним словом, устойчивая антипатия электриков к образованию электрической дуги – явление загадочное, специалистами изученное явно недостаточно. Эти удивительные люди, электрики, стараются изо всех сил, чтобы не давать специалистам исследовать эту антипатию, упорно демонстрируя антинаучный подход – говорят, что так уж исстари повелось.
Если электрические дуги гасят – значит, это кому-то нужно
Нагрузки в сети бывают разные, и, к примеру, линия 10 кВ, по которой передаётся ток ампер в 600, при отключении выдаст такую суровую дугу, что если бы в выключателе не было систем ее гашения, то выключатель бы с большой вероятностью сгорел, причем сгорел бы феерически и пришёл после этого, мягко будь сказано, в полную негодность (если говорить жестко – просто перестал бы существовать). Способов гашения дуги существует много. Например, дуга отлично гасится в жидкости, желательно с хорошими диэлектрическими свойствами. Такая жидкость существует, это трансформаторное масло — то самое, которым доверху заливают корпуса мощных трансформаторов. Диэлектрическая прочность трансформаторного масла очень велика: зазор в 2,5 мм не пробивается напряжением, как минимум, 35 кВ. Кроме того, дуга, как уже сказано, очень горячая, масло в выключателе от этого жара разлагается, выделяя большое количество газа, и дуга в такой смеси газа и масла гаснет ещё быстрее. Выключатели, использующие для гашения дуги масло, так и называют — масляными.
Кроме масла, дугу можно гасить мощной струёй сжатого сухого воздуха, на этом принципе работают воздушные выключатели. Воздух ведь тоже хороший диэлектрик, 1 мм даже обычного воздуха вполне держит до 1 кВ, а если воздух ещё и высушить, то напряжение пробоя ещё увеличится. Еще один способ гашения – использование специального газа, шестифтористой серы или элегаза. Диэлектрическая прочность элегаза примерно в шесть раз выше прочности сухого воздуха, к тому же он совершенно не горит и не токсичен. Также для гашения дуги используется она сама: магнитное поле от дуги взаимодействует с мощными магнитами в выключателе, которые дугу растягивают и дробят в многочисленных перегородках из огнестойкого материала типа асбеста. Именно так гасят дугу в сетях постоянного тока, скажем, на электротранспорте. Дуга постоянно тока в отличие от дуги переменного тока не гаснет при переходе синусоиды через нуль, она горит устойчиво, и никакого масла или воздуха не хватит, чтобы её погасить. Поэтому используется растягивание дуги, так называемое магнитное дутьё. Кстати, магнитное дутьё для гашения дуги применяется в автоматах защиты на обычных квартирных щитках, только там дугогасящие устройства простенькие, поскольку нагрузки в щитках относительно невелики. Также важным фактором эффективности отключения дуги является то, что выключатели, как правило, срабатывают очень быстро, в доли секунды. Их основные контакты имеют мощные тугоплавкие вставки, способные выдержать многочисленные отключения, в том числе и КЗ.
Погасил? Разомкни!
На современном уровне развития электротехники силовые выключатели отлично справляются со своими функциями, отключая линию или устройство без КЗ и электрических дуг. А зачем нужны обычные коммутационные аппараты, без дугогасящих устройств? Дело в том, что любой силовой выключатель – устройство обычно закрытое, с мощным корпусом. И в каком положении его контакты, как правило, увидеть сложно. Энергетиков такое положение вещей не устраивает, им нужно, чтобы в цепи был видимый разрыв — именно тогда можно быть совершенно уверенным, что линия выключена, что напряжения на ней нет. Вот для создания такого видимого разрыва применяются разъединители – коммутационные аппараты без дугогасящих свойств. Разъединителем можно снять напряжение с линии без нагрузки или с трансформатора на холостом ходу. Нагрузку с помощью разъединителя отключить нельзя – он выйдет из строя даже от попытки такого действия. Обычно для отключения линии энергетики действуют так: отключают линию с обоих концов силовыми выключателями, и только потом ее обязательно отключают ещё и разъединителями. Для полной безопасности даже на надёжно отключенную линию ещё и временные заземления устанавливают. В этих вопросах мелочей не бывает, поскольку цена ошибок и недоработок – гибель людей и многомиллионные убытки!
Заметим, что обычный выключатель, зажигающий люстру под потолком, является чисто технически именно разъединителем – в нём нет ничего для гашения дуги, разве что контакты могут быть усиленными. Но это не так уж важно, нагрузка питания даже мощной люстры обычно небольшая. Но вот на вводе в квартиру такой выключатель уже не поставишь — пара попыток отключить всю электрику в квартире, особенно если имеется электроплита, полностью выведут его из строя.
Разумеется, управлять всей коммутацией в энергосистеме можно и вручную, усадив включать и отключать разъединители и выключатели какого-нибудь специально обученного человека. Однако это может плохо кончиться, поскольку в случае КЗ и в случае образования электрической дуги процессы идут крайне быстро, и на реакцию человека в данном вопросе полагаться нельзя. Следовательно, требуется автоматизировать процессы как обнаружения какой-нибудь неправильности в работе электросети, так и реакции на такую неправильность. То есть крайне необходимо быстро найти проблему, быстро локализовать её, а уж потом разбираться, что случилось. Для этого требуются устройства защиты.
Самый простой вид электрической защиты – максимальная токовая защита (МТЗ). Принцип её действия заключается в том, что для любого устройства, например, линии или трансформатора, есть рассчитанный заранее максимально допустимый (номинальный) ток. Скажем, трансформатор на подстанции способен выдать максимально 1’000 А. Если трансформатор вдруг начнёт выдавать 1’200 А, это, скорее всего, означает КЗ где-то за трансформатором, и вообще такой нагрев для него вреден, трансформатор перегреется. Другими словами, превышение номинального режима может быть признаком нештатной работы устройства, требующей его немедленного отключения. МТЗ как защита реализована и на обычных квартирных щитках в автоматах, имеющих номинальный ток в 16 или 25 А. Если за автоматом нагрузка вдруг выросла до 30 А, биметаллическая пластина внутри автомата хорошенько нагреется, поменяет форму и отстегнет защёлку основных контактов, разорвав сеть подачи электроэнергии. Всё, проблема ликвидирована. Жильцам останется выяснить, отчего сработал автомат – например, кто-то включил электрочайник, плиту и стиральную машину одновременно, и вернуть его в рабочее положение, подняв флажок. По точно такому же принципу действует МТЗ и на больших устройствах.
Немного более сложная защита – токовая отсечка. Как правило, МТЗ — защита довольно медленная. Если в устройстве случилось КЗ, то ток в нём вырастает резко, броском, и МТЗ может не успеть отработать такую проблему. Именно на этот случай существует отсечка. Она реагирует на большой скачок тока, причем реагирует моментально. Обычно МТЗ и отсечка дополняют друг друга.
Осталось только отметить, что любая защита действует на устройство (линию или трансформатор) не непосредственно, а выдает соответствующую команду на силовой выключатель. Защиты проектируются и настраиваются таким образом, чтобы в случае, например, КЗ на конкретной линии от защиты вырубилась не вся электростанция или подстанция, погасив всё на свете, а только данная конкретная линия, а остальные устройства продолжили работать как ни в чём не бывало. Таким образом, обеспечивается один из важнейших параметров эффективности защит – селективность. В сложных энергосистемах со многими присоединениями генерирующих мощностей и потребителей используются более сложные виды защит – дифференциальная, газовая, ВЧ-защита и т.д. Они контролируют линии, причем по конкретным участкам, состояние трансформаторов, и кучу других параметров. Пока для понимания важности использования защит, силовых выключателей и разъединителей достаточно и того, что изложено выше. Энергетики не только придумали способы генерации и использования электроэнергии, они прилагали и прилагают максимум усилий для того, чтобы линии электропередач работали исправно и не подвергали нас с вами, обычных пользователей, никаким рискам.
Подытожим. В самом простом случае электроэнергия вырабатывается на электростанции генераторами и выдается в распределительные устройства самой электростанции. Далее электроэнергия через коммутационные аппараты выдаётся в отходящие линии, по которым попадает на понижающие подстанции у потребителей. Там напряжение понижается до приемлемого уровня и выдается, опять же через коммутационные аппараты, конечным потребителям. На всех этапах, от генерации до выдачи напряжения в каждую квартиру или офис, состояние устройств и качества электроэнергии контролируется аппаратурой защиты, и, разумеется, измерительными приборами.
Обратим ваше внимание, что все изложенное — наиболее простая схема электроснабжения, в которой мы рассмотрели несколько абстрактный случай ровно одного источника генерации, одной городской подстанции, одной трансформаторной будки, обеспечивающей электроснабжение ровно одного многоквартирного дома. Но наша с вами реальность куда как сложнее – города у нас не состоят из дома в количестве одна штука, в реальных городах не только жилых домов много, но еще и производственные предприятия имеются, и электрический транспорт по дорогам бегает. Да и путь-дорога электроэнергии от электростанции до розетки, тропинки внутри городской черты не всегда удобны настолько, чтобы использовать только воздушные линии электропередач, порой без кабелей просто не обойтись. Культурный человек на то и культурный, чтобы знать обо всем этом хотя бы в общих чертах, потому эта статья последней точно не будет.