Передача и распределение электроэнергии

Передача и распределение электроэнергииПередача и распределение электроэнергии.

Электроэнергия передается от источника тока со скоростью 300 тыс. км/с (т. е. в пределах нашей планеты практически мгновенно) с помощью своего носителя — электромагнитного поля. Распространение поля и связанной с ним энергии — это своеобразный волновой процесс, не похожий на перемещение концентрированных масс многих других энергоносителей, таких, как топливо, падающая вода и др. Впрочем, процессы аналогичного типа встречаются и в природе. Так, морские волны осуществляют перенос энергии ветра к берегам, где отдают эту энергию в виде прибоя. В принципе электроэнергия может распространяться и без проводов аналогично тому, как электромагнитное поле распространяет радиосигналы. Однако экономичная передача сколько-либо существенной мощности даже на небольшие расстояния требует столь громадной частоты (миллиардов герц) и столь сложных устройств приемных и передающих антенн, что современные наука и техника не знают путей быстрого и практического осуществления такой электропередачи на Земле. Другое дело — из Космоса на Землю. Уже имеются прогнозы и предложения, приобретающие своих сторонников, с энтузиазмом разрабатывающих эту проблему. Например, рассматривается возможность создания в начале следующего века солнечных космических электростанций, висящих на высоте от земли 36 тыс. км (геосинхронная орбита). От таких станций энергия могла бы передаваться на Землю мощным электромагнитным пучком сверхвысокой частоты. При длине волны 10 см пучок пройдет через атмосферу с пренебрежимо малыми потерями. Если приемную антенну построить площадью около 100 км 2. то пропускная способность такой электропередачи составит 300—500 млн. кВт, правда, для этого нужно вывести на орбиту 30—50 тыс. т грузов и собрать на орбите десятки энергоспутников с антеннами диаметром по километру каждая. По расчетам все затраты окупились бы за несколько лет, а космическая электростанция работала бы до 30 лет. Разумеется, для такого строительства надо разработать совершенно новую (экологически чистую) систему транспорта грузов с Земли в Космос, перспективные варианты которой уже изучаются. В настоящее время и в обозримом будущем решающее значение для электроэнергетики имет все же транспорт электроэнергии по металлическим проводникам, прежде всего по проводам воздушных линий электропередачи и затем по подземным кабельным линиям. По последним передаются сравнительно небольшие мощности либо они применяются лишь на малые расстояния. Воздушные линии дешевле, для их сооружения и ремонта требуются менее дефицитные материалы. Поэтому обычно применение кабеля ограничивается выводами от электростанций, вводами в города и подземными городскими и промышленными сетями, где плотностью застройки ограничивается применение воздушных линий электропередач. Как кажется с первого взгляда, тем потребителям, которым нужна теплота (например, горячая вода для животноводства или отопления зданий), рациональнее и дешевле доставлять для этой цели не электроэнергию, а топливо, которое сжигать на местных котельных. Ведь тогда отпадает необходимость преобразования химической энергии угля в тепловую и затем в электрическую, передача электроэнергии и ее обратное преобразование в тепловую, что связано с большими потерями. Действительно, КПД использования угля при его сжигании на месте значительно выше.

Однако нужно учитывать и то обстоятельство, что пользоваться электроэнергией значительно удобнее, чем углем, а тем более дорогим и дефицитным жидким топливом. При получении теплоты в местных электрокотельных или с помощью местных теплоэлектронагревателей отпадает нужда в складах топлива, ликвидируется труд истопников, уменьшаются вредные выбросы химических отходов сжигаемого топлива и разгружаются железнодорожный и автомобильный транспорт, используемый для перевозки миллионов тонн топлива. Вместе с перечисленными факторами важно и то, что электрокотельные работают в периоды недогрузки электростанций (например, ночью), получая электроэнергию по удешевленному тарифу и улучшая график нагрузки электростанций, что способствует повышению эффективности и долговечности работы оборудования. Транспортные потери при передаче электроэнергии на дальние расстояния меньше, чем потери при перевозках на такие же расстояния многих сортов топлива (уголь, торф, сланцы и др.). Поэтому в нашей стране уже сооружены воздушные линии электропередачи длиной более 1000 км. Сооружаются линии электропередачи на расстояния 2000-2400 км для электроснабжения центральных районов европейской части страны дешевой электроэнергией сибирских электростанций, работающих на местных углях. Но и эти расстояния не являются предельными. Количество потребителей электроэнергии очень велико, и прокладывать к каждому из них свою линию электропередачи явно нецелесообразно. Поэтому наряду с передачей энергии на большие расстояния магистральными линиями напряжением 220—1500 кВ необходимо распределение электроэнергии с помощью электрических сетей 0,38—110 кВ. Распределительные сети содержат большое число воздушных линий 110 кВ, подключенных (через соответствующую аппаратуру) ко вторичным обмоткам трансформаторов (мощность которых достигает сотен тысяч киловольт-ампер), установленных на крупных подстанциях, питаемых магистральными линиями. В свою очередь, линии 110 кВ питают множество более мелких подстанций, где установлены сравнительно небольшие трансформаторы (мощностью обычно менее 100 тыс. кВ х А), понижающие напряжение со 110 до 35 или 10 кВ. Напряжение 35 кВ обычно используется для электроснабжения районов с радиусом около 50 км, а 10 кВ — радиусом 15 км. Иногда применяется промежуточное напряжение 20 кВ с наиболее рациональным радиусом электроснабжения около 30 км. Линии 35, 20 и 10 кВ могут быть воздушными или кабельными. Разветвленная сеть 35 кВ питает подстанции 35/10 или 35/0,38 кВ. Подстанции 20/0,38, 10/0,38 или 35/0,38 кВ питают воздушные и кабельные сети напряжением 380/220 В, а также наружные и внутренние электропроводки, обеспечивающие работу различных трехфазных электроприемников при напряжении 380 В и однофазных при напряжении 220 В. Таким образом работает многоярусная сеть, где все ответственные подстанции обеспечиваются не только основным питанием, но и резервным — от другой линии или от местной резервной электростанции и других источников. Особенно ответственные электроприемники, бесперебойная работа которых необходима в целях предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования, обеспечиваются электроэнергией от трех независимых взаимно резервирующих источников питания.