1) Основные понятия, термины, определения, общие принципы электроснабжения

Под электроснабжением понимается обеспечение потребителей электроэнергией (ЭЭ), рис. 1.1. [1]. Производство электрической энергии концентрируется преимущественно на крупных электростанциях, работающих совместно (параллельно). Центры потребления электрической энергии (промышленные предприятия, города, сельские районы и т. п.) удалены от её источников на десятки, сотни тысячи километров и распределены на значительной территории. Для характеристики системы передачи и распределения электрической энергии (ЭЭ) и всей структуры «генерация – передача – потребление» введём некоторые понятия, термины и определения. [6]

Рис. 1.1. Электроснабжение

Электроустановка – совокупность аппаратов, машин, оборудования и сооружений, предназначенных для производства, преобразования, передачи, распределения или потребления ЭЭ. Электроустановки (ЭУ) разделяют повеличине напряжения до 1000 В (низковольтные ЭУ) и выше 1000 В (высоковольтные ЭУ).

Электростанция – электроустановка, служащая для производства (генерации) электрической энергии в результате преобразования энергии, заключённой в природных энергоносителях (уголь, газ, вода и др.) при помощи турбо- и гидрогенераторов.

Подстанция – электроустановка, предназначенная для приёма, преобразования (трансформации) и распределения электроэнергии, состоящая из трансформаторов (автотрансформаторов) и других преобразователей ЭЭ, распределительных и вспомогательных устройств. В зависимости от назначения подстанции выполняются трансформаторными или преобразовательными – выпрямительными, двигатель-генераторными и др. Подстанция может быть повышающей (повысительной), если преобразование величины напряжения переменного тока осуществляется с низшего напряжения на высшее (подстанции электростанций), и понижающей (понизительной) – в случае трансформации высшего напряжения на низшее (подстанции предприятий, городов и др.).

Центр, источник электропитания – источник ЭЭ, на сборных шинах (зажимах) которого осуществляется автоматическое регулирование режима напряжения. Наряду с электростанциями это шины подстанции с трансформаторами, оснащёнными регуляторами напряжения под нагрузкой (РПН), регулируемыми источниками реактивной мощности, линейными регуляторами и др.

Распределительное устройство (РУ) – электроустановка, входящая в состав любой подстанции; предназначена для приёма и распределения электроэнергии на одном напряжении (до 1000 В и более). РУ содержат коммутационные аппараты, устройства управления, защиты, измерения и вспомогательные сооружения.

Наряду с подстанциями электрическая энергия может распределяться на распределительных пунктах – устройствах, предназначенных для приёма и распределения ЭЭ на одном напряжении (без трансформации) и не входящих в состав подстанции.

Линия электропередачи (ЛЭП) – электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние с возможным промежуточным отбором. Линии выполняют воздушными, кабельными, а также в виде токопроводов на промышленных предприятиях и электростанциях и внутренних проводок в зданиях и сооружениях.

Потребитель ЭЭ, электроприёмник (ЭП) – аппарат, агрегат, механизм (электродвигатель, преобразователь, светильник и др.), потребляющий или преобразующий ЭЭ в другие виды энергии. С позиции структурной иерархии системы передачи и распределения ЭЭ к потребителям может быть отнесена совокупность электрических нагрузок (ЭН) (дом, посёлок, завод и т. д.), получающих электропитание с шин подстанций того или иного напряжения.

Рис. 1.2. Преобразование электроэнергии в электроприемниках

В ряде случаев в качестве потребителей рассматривают подстанции, от которых осуществляется электроснабжение жилого района, промышленного предприятия и др. объектов.

Элементами системы передачи и распределения ЭЭ являются: линии электропередачи различных конструкций и напряжений (W), устройства продольной и поперечной компенсации (КУ) параметров ЛЭП (установки продольной компенсации и шунтирующие реакторы); трансформаторные подстанции (силовые трансформаторы (Т) и автотрансформаторы, выключатели, разъединители, контрольно-измерительные приборы и т. п.); источники реактивной мощности (ИРМ) (конденсаторные батареи, синхронные и статические тиристорные компенсаторы); устройства защиты и автоматики, т. е. автоматические регуляторы (АР), устройства релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автоматики (ПА), средства диспетчерского и технологического управления (СДТУ).

Электропередача – это линия с повышающей и понижающей подстанциями, служащая для транзитной передачи электроэнергии от станции к концентрированному потребителю, получающему электроэнергию от шин низшего напряжения понижающей подстанции.

Электрическая сеть – объединение преобразующих подстанций, распределительных устройств, переключательных пунктов и соединяющих их линий электропередачи, предназначенных для передачи ЭЭ от электростанции к местам потребления и распределения её между потребителями. Электрическая сеть эквивалентна развитой высоковольтной сети электропередач. Отдельная электропередача в узком смысле представляет собой электрическую сеть. Развитая электрическая сеть, как по составу электроустановок, таки по функциональному назначению, образует систему передачи и распределения электроэнергии.

В настоящее время применяются три принципа электроснабжения:

- децентрализованный, когда обеспечение электроэнергии осуществляется за счет собственных источников;

- централизованный, при котором электроснабжение осуществляется от электроэнергетической системы;

- распределенная генерация, когда наряду с централизованным электроснабжением применяются потребительские генерирующие установки.

На современном этапе развития электроэнергетики большинство потребителей получат электроэнергию от ЭЭС. Децентрализованное электроснабжение используется в удаленных и труднодоступных районах. Системы электроснабжения с установками распределенной генерации получают распространение в последние годы в связи с реализацией концепции интеллектуальных электрических сетей – smart grid.

Под системой электропитания (СЭП) понимается совокупность электроустановок, предназначенных для преобразования параметров электроэнергии первичного источника к виду, удобному потребителю, и распределения преобразованной энергии между отдельными электроприемниками (рис. 1.6).

Например, в состав СЭП для питания электронной аппаратуры могут

входить следующие устройства:

- выпрямители, преобразующие переменный ток в постоянный;

- инверторы, осуществляющие обратное преобразование;

- преобразователи напряжения (конверторы), изменяющие напряжение постоянного тока;

- стабилизаторы, обеспечивающие стабильность напряжения питания электронных устройств;

- корректоры коэффициента мощности, поддерживающие высокий cos φ на входе выпрямителей;

- агрегаты гарантированного питания на базе дизельных генераторных установок (ДГУ);

- ·источники бесперебойного питания (ИБП) на основе аккумуляторных батарей (АБ).

Рис. 1.6. ЭЭС, СЭС и СЭП