Способы передачи электроэнергии

Осуществить передачу электроэнергии можно двумя способами:

– методом прямой передачи;

– преобразуя электричество в другой вид энергии.

В первом случае электроэнергия передается по проводникам, в качестве которых выступает провод или токопроводящая среда. В воздушных и кабельных ЛЭП применяется именно этот метод передачи. Преобразование электричества в другой вид энергии открывает перспективы беспроводного снабжения потребителей. Это позволит отказаться от линий электропередач и, соответственно, от расходов, связанных с их монтажом и обслуживанием.

Ниже на рисунке представлены типовые схемы, из которых первые две (1, 2) относятся к разомкнутому виду, остальные – к замкнутому. Разница между ними заключается в том, что разомкнутые конфигурации не являются резервированными, то есть, не имеют резервных линий, которые можно задействовать при критическом увеличении электрической нагрузки.

Рисунок 9.1 – Схема передачи электроэнергии от электростанции до потребителя: 1 – радиальная схема, на одном конце линии находится электростанция производящая энергию, на втором – потребитель или распределительное устройство; 2 – магистральный вариант радиальной схемы, отличие от предыдущего варианта заключается в наличии отводов между начальным и конечным пунктами передачи; 3 – магистральная схема с питанием на обоих концах ЛЭП; 4 – кольцевой тип конфигурации; 5 – магистраль с резервной линией (двойная магистраль); 6 – сложнозамкнутый вариант конфигурации (подобные схемы применяются при подключении ответственных потребителей)

Теперь рассмотрим более подробно радиальную схему для передачи вырабатываемой электроэнергии по ЛЭП переменного и постоянного тока.

Рисунок 9.2 –  Схемы передачи электроэнергии к потребителям при использовании ЛЭП с переменным (А) и постоянным (В) током: 1 – генератор, где вырабатывается я электроэнергия с синусоидальной характеристикой; 2 – подстанция с повышающим трехфазным трансформатором; 3 – подстанция с трансформатором, понижающим напряжение трехфазного переменного тока; 4 – отвод для передачи электроэнергии распределительному устройству; 5 – выпрямитель, то есть устройство преобразующее трехфазный переменный ток в постоянный; 6 – инверторный блок, его задача сформировать из постоянного напряжение синусоидальное.

Как видно из схемы (А), с источника энергии электричество подается на повышающий трансформатор, затем при помощи воздушных линий электропередач производится транспортировка электроэнергии на значительные расстояния. В конечной точке линия подключается к понижающему трансформатору и от него идет к распределителю.

Метод передачи электроэнергии в виде постоянного тока (рисунок 9.2, В) от предыдущей схемы отличается наличием двух преобразовательных блоков (5 и 6).

9.4 Структурная схема электроснабжения

Передача электроэнергии на дальние расстояния. Основная проблема, связанная с такой задачей – рост потерь с увеличением протяженности ЛЭП. Как уже упоминалось выше, для снижения энергозатрат на передачу электричества уменьшают силу тока путем увеличения напряжения. К сожалению, такой вариант решения порождает новые проблемы, одна из которых коронные разряды.

С точки зрения экономической целесообразности потери в ВЛ не должны превышать 10%. Ниже представлена таблица, в которой приводится максимальная протяженность линий, отвечающих условиям рентабельности.

В качестве альтернативы электропередачи переменного тока на большое расстояние можно рассматривать ЛЭП с постоянным напряжением. Такие ЛЭП обладают следующими преимуществами: протяженность ВЛ не влияет на мощность, при этом ее максимальное значение существенно выше, чем у ЛЭП с переменным напряжением, то есть при увеличении потребления электроэнергии (до определенного предела) можно обойтись без модернизации. Статическую устойчивость можно не принимать во внимание. Нет необходимости синхронизировать по частоте связанные энергосистемы. Можно организовать передачу электроэнергии по двухпроводной или однопроводной линии, что существенно упрощает конструкцию. Меньшее влияние электромагнитных волн на средства связи. Практически отсутствует генерация реактивной мощности.

Рисунок 9.3 – Пример структурной схемы электроснабжения: 1 – электростанция, где электроэнергия производится; 2 – подстанция, повышающая напряжение, чтобы обеспечить высокую эффективность передачи электроэнергии на значительные расстояния; 3 – ЛЭП с высоким напряжением (35,0-750,0 кВ); 4 – подстанция с понижающими функциями (на выходе 6,0-10,0 кВ); 5 – пункт распределения электроэнергии; 6 – питающие кабельные линии; 7 – центральная подстанция на промышленном объекте, служит для понижения напряжения до 0,40 кВ; 8 – радиальные или магистральные кабельные линии; 9 – вводный щит в цеховом помещении; 10 – районная распределительная подстанция; 11 – кабельная радиальная или магистральная линия; 12 – подстанция, понижающая напряжение до 0,40 кВ; 13 – вводный щит жилого дома, для подключения внутренней электрической сети

Несмотря на перечисленные способности ЛЭП постоянного тока, такие линии не получили широкого распространения. В первую очередь это связано с высокой стоимостью оборудования, необходимого для преобразования синусоидального напряжения в постоянное. Генераторы постоянного тока практически не применяются, за исключением электростанций на солнечных батареях.

С инверсией (процесс полностью противоположный выпрямлению) также не все просто, необходимо допиться качественных синусоидальных характеристик, что существенно увеличивает стоимость оборудования.

Помимо этого следует учитывать проблемы с организацией отбора мощности и низкую рентабельность при протяженности ВЛ менее 1000-1500 км.

Сопротивление проводов можно существенно снизить, охладив их до сверхнизких температур. Это позволило бы вывести эффективность передачи электроэнергии на качественно новый уровень и увеличить протяженность линий для использования электроэнергии на большом удалении от места ее производства. К сожалению, доступные на сегодняшний день технологии не могут позволить использования сверхпроводимости для этих целей ввиду экономической нецелесообразности.