Лекція 1

Вступ. Мета та задачі дисципліни. Література. Звітність.

Змістовний модуль 1

1. Загальні відомості про електричні мережі і системи

Тема 1.1 Основні терміни та визначення

Основні терміни та визначення у енергетиці та електрифікації установлюються Держстандартом 19431 – 84. Крім того використовується Держстандарт 13109-97, а також 21128-83; 21027 – 83 та інші.

Енергетика – це область господарства, науки і техніки, яка охоплює енергетичні ресурси, вироблення, перетворення, акумулювання, передачу, розподілення та використання різних видів енергії.

Електроенергетика – це розділ енергетики, який забезпечує електрифікацію держави на основі раціонального розширення виробництва та використання електричної енергії.

Електрифікація [від електри(ка) та лат. facio - роблю]– це впровадження електричної енергії, як основного виду енергії, у промисловість, сільське господарство, будівництво, транспорт, а також побут і всі невиробничі сфери життя (медицину, торгівлю та інші). Використання електричної енергії звільняє людей від тяжкої фізичної праці. Електрична енергія виробляється на потужних електростанціях, які об’єднуються високовольтними мережами у електричні системи. Електрична енергія є основою підвищення продуктивності праці та при порівнянні з другими видами енергії має такі переваги:

*простоту передачі на відстань та розподілу її між споживачами,

*легкість перетворення у другі види енергії ( теплову, механічну, світлову та інші),

*зручність механізації та автоматизації виробництва,

* легкість зміни параметрів ( напруги та сили струму),

*можливість практично миттєвої передачі електричних сигналів на відстань (телефонія, телеграфія, радіотехніка).

Однієї кіловат-години достатньо щоб виплавити 1,48 кг сталі, видобути 30 кг вугілля, для випічки 36 кг хліба або отримати в інкубаторі тридцять курчат.

Теплофікація – централізоване теплозабезпечення при виробництві електричної енергії і тепла у єдиному технологічному циклі.

Централізоване електрозабезпечення - це забезпечення споживачів електричною енергією від енергетичної системи. Споживачі в СРСР отримують енергію в централізованому порядку від енергосистем.

Теплоенергетика – це розділ енергетики, який пов'язаний з одержанням, використанням та перетворенням тепла у різні види енергії.

Гідроенергетика – це розділ енергетики, який пов'язаний з використанням механічної енергії водних ресурсів для одержання електричної енергії.

Ядерна енергетика – це розділ енергетики, який пов'язаний з використанням ядерної енергії для виробництва тепла та електричної енергії.

Енергопостачання – це забезпечення споживачів енергією. Електропостачання – це забезпечення споживачів електричною енергією. Централізоване електропостачання - це електропостачання споживачів від енергетичної системи. Централізоване електропостачання у Росії з’явилося у 1880 – 1893 рр., коли назріла потреба у електричному освітленні вулиць, міст, мостів і площ.

Електричний генератор (від лат. generator – виробник) - це електрична машина для перетворення різних видів енергії (механічної, теплової, хімічної, світлової та інших) у електричну.

Енергія (від грец. – energeia – дія, діяльність) – загальна міра різних форм руху матерії, які розглядаються у фізиці. Для кількісної характеристики якісно різних форм руху і відповідних їм взаємодій розрізняють різні види енергії:механічна, внутрішня, гравітаційна, хімічна, ядерна, електромагнітна і т.д. У замкненій системі виконується закон збереження енергії. У своїй відносній теорії Ейнштейн установив універсальний зв'язок між повною енергією W тіла з його масою m: W =mc² , де m= - маса тіла, яке рухається зі швидкістю v, m₀ – маса покою тіла, тобто маса тіла, якщо воно не рухається, с=3*10⁸ м/с – швидкість світла у вакуумі. Якщо швидкість v тіла збільшується, то його маса m також збільшується, а якщо швидкість тіла досягає швидкості світла (v=с), то маса стає нескінченною. При такій швидкості ніякі скінченні сили не зможуть змінити траєкторію руху тіла. Використовуючи наведену формулу Ейнштейна можна підрахувати повну енергію тіла з масою 1 кг. Ця енергія значно перевищує загальну потребу в електричній енергії всього людства Землі на протязі доби.

Електростанція – це об’єднання установок і обладнання, яке використовують для виробництва генерації) електричної енергії, а також необхідні спорудження та будівлі, розташовані на території станції.

Електрична частина електростанції включає в себе різноманітне головне та допоміжне устаткування. До головного устаткування, призначеного для виробництва та розподілу електроенергії, відносять: синхронні генератори, що виробляють електроенергію (на ТЕС – турбогенератори); збірні шини, призначенні для приймання електроенергії від генераторів та розподілу її до споживачів; комутаційні апарати – вимикачі, призначенні для вмикання та вимикання ланцюгів у нормальних та аварійних умовах, та роз'єднувачі, призначенні для зняття напруги з знеструмлених частин електроустановок і для створення видимого розриву кола (роз'єднувачі, як правило, не призначенні для обриву робочого струму установки); електроприймачі власних потреб (насоси, вентилятори, аварійне електричне освітлення і т.д.). Допоміжне устаткування призначене для виконання функцій виміру, сигналізації, захисту та автоматики і т.д.

З техніко-економічних міркувань всі електростанції за допомогою ліній електропередачі різних напруг з'єднуються між собою для паралельної роботи на загальне навантаження. Таке об'єднання називається енергетичною системою(енергосистемою).

Система у техніці (від грец. –systema– ціле, складене із частин, з’єднання) – це доцільна єдність взаємно зв’язаних між собою елементів (вузлів, агрегатів, приладів), які утворюють деяку цілісність з запланованим принципом дії і мають хоча би одну системну властивість. Системна властивість – це властивість даної системи, якою не володіє жоден елемент даної системи. У електротехніці самою простою системою є коливальний контур, утворений з’єднанням котушки з індуктивністю L та конденсатора з ємністю С. Така коливальна система характеризується системною властивістю – резонансом частот.

Енергетична система або скорочено енергосистема (рис.1, а) – це об’єднання для паралельної роботи на загальне навантаження електричних станцій, електричних і теплових мереж та споживачів теплової і електричної енергії, зв’язаних спільністю режиму та безперервністю процесу виробництва, перетворення, передачі, розподілу та споживання по узгодженому графіку теплової та електричної енергії.

Рис. В.1. Схеми виробництва, розподілу та споживання електричної і теплової енергії

В енергосистемі розрізняють елементи двох видів: перетворюючі, в яких енергія перетворюється з одного виду в інший або перетворюються її параметри (казани, турбіни, генератори, трансформатори, вентильні перетворювачі, електродвигуни, освітлювальні й "побутові електроприлади), і передавальні, призначені для передачі енергії на відстань (повітряні й кабельні лінії, трубопроводи, пристрої паливоподачі).

Електроенергетична (ЕЕС) або (за традицією) електрична система - це об’єднання для паралельної роботи на загальне навантаження електричних станцій, електричних мереж та споживачів електричної енергії, зв’язаних спільністю режиму та безперервністю процесу виробництва, перетворення, передачі, розподілу та споживання по узгодженому графіку електричної енергії.

По цьому визначенню електрична система є частиною енергосистеми, що виробляє, перетворює, передає, розподіляє та споживає електроенергію, забезпечуючи електроенергією різних споживачів (приймачів ) електричної енергії, яка складається з генераторів, розподільних пристроїв, підстанцій, ліній електропередачі різних напруг і електроприймачів. У електричній системі відсутні теплові мережі та споживачі теплової енергії. Між окремими елементами енергосистеми діють електричні, електромагнітні, механічні й інші зв'язки, але всі її частини об'єднані в одне ціле спільністю режиму й безперервністю процесів виробництва, розподілу й споживання електричної й теплової енергії.

Енергосистеми класифікують по ряду ознак: виду використовуваних енергоресурсів, складу споживачів, характеру географічного розташування електростанцій, виду виробленої енергії. Така їхня класифікація дозволяє врахувати ті або інші особливості планування енергобалансу, розвитку систем, забезпечення надійності енергопостачання й т.п.

Створюються ЕЕС об'єднанням окремих електростанцій між собою й зі споживачами. До складу електроенергетичної системи (ЕЕС) входять генератори, розподільні пристрої (РУ), електричні мережі й електроприймачі (ЭП). Одночасність процесів виробництва, розподілу й споживання електроенергії вимагає обов'язкового балансу між сумарною потужністю, що генерується на електростанціях, і сумарною потужністю, споживаної в системі, разом з втратами енергії у кожному елементі системи. Другою характерною рисою ЕЕС є їхній органічний зв'язок з усіма галузями народного господарства, що здійснюється безпосередньо через електричні мережі. Третя особливість ЕЕС - швидкоплинність процесів виробництва, передачі, розподілу й споживання електроенергії.

З техніко-економічних міркувань всі електростанції, розташовані в даному великому економічному районі, за допомогою ліній електропередачі різних Р

Районна енергетична система (РЕС) – це енергосистема окремого великого економічного району, яка об'єднує електростанції, лінії електропередач, підстанції і теплові мережі. Всі елементи системи зв'язані спільністю режиму й безперервністю процесу виробництва, передачі й розподілу по узгодженому графіку електричної й теплової енергії,

Окремі районні енергетичні системи з'єднуються між собою лініями електропередачі високої напруги з великою пропускною здатністю в результаті чого утворюються об'єднані енергетичні системи.

Об'єднана енергосистема (ОЕС) – це об’єднання окремих районних енергетичних систем, які для забезпечення взаємного обміну потужностями з'єднуються між собою лініями електропередачі високої та надвисокої напруги з великою пропускною здатністю. Лінії електропередачі великої пропускної здатності напругою 330-750 кВ, що зв'язують між собою окремі електричні системи, називаються міжсистемними зв’язками.

Електропередача змінного або, відповідно, постійного струму – це не лише процес передачі електроенергії, а і комплекс електроустановок, що складається з ліній електропередачі, трансформаторних або перетворювальних підстанцій, пунктів перемикання, що беруть участь у процесі передачі електричної енергії на відстань. Доцільність створення таких об’єднаних енергосистем обумовлена великими техніко-економічними перевагами.

Електрична мережа – це об’єднання електроустановок для розподілу електричної енергії, яка складається з підстанцій(ПС), пунктів розподілення електроенергії (РП), повітряних та кабельних ліній електропередачі. За допомогою електричної мережі здійснюють передачу і розподіл між споживачами електроенергії від електростанції.

Електрична мережа є елементом електроенергетичної системи і складаються із ліній електропередач, підстанцій (ПС) та.

Районною електричною мережею (РЕМ) називають електричну мережу районної енергетичної системи.

Лінії електропередачі (повітряна чи кабельна) - це електроустановки, призначені для передачі на відстань електроенергії.

Окремі районні енергетичні системи з'єднуються між собою лініями електропередачі високої напруги з великою пропускною здатністю, в результаті чого утворюються об'єднані енергетичні системи (ОЕС) — частини Єдиної енергетичної системи (ЄЕС) країни.

Електрична підстанція (ПС) – це електрична установка, яка призначена для перетворення і розподілу електричної енергії і складається із трансформаторів і інших перетворювачів енергії, розподільних пристроїв (РП), пристроїв керування й допоміжних споруджень. Електрична станція може бути підвищувальної, якщо енергія перетвориться з нижчої напруги на вище, і понижувальної - у випадку перетворення вищої напруги на нижчу. Понижувальна трансформаторна підстанція (ПС), що перетворює напругу до рівня, при якому електроенергія споживається ЭП, умовно позначається ТП. Розподільний пристрій (РП) - це електроустановка, що служить для прийому й розподілу електроенергії й містить комутаційні апарати, збірні шини, допоміжні пристрої, а також пристрою захисту, автоматики й вимірювальні прилади.

Для передачі енергії постійним струмом споруджуються перетворювальні ПС - випрямна на живильному кінці, що перетворить змінний струм у постійний, та інверторна на прийомному кінці, де постійний струм знову перетвориться в змінний.

Електроенергія може розподілятися не тільки на ПС, але й на РП пристроях, призначених для прийому й розподілу електроенергії на одній напрузі (без перетворення й трансформації) і не вхідних до складу ПС.

Споживач електроенергії – це юридична або фізична особа, яка використовує електричну енергію.

Споживачем електричної енергії може бути підприємство, територіально окреслений цех, будівнича площадка, квартира, у яких приймачі електроенергії приєднані до електричної мережі і використовують електроенергію. До споживачів електроенергії відносяться також у цілому завод, будинок, селище й т.д.. У ряді випадків як споживачів виступають підстанції ПС, від яких здійснюється електропостачання промислового підприємства, житлового району й інших об'єктів. Споживачами електроенергії є електроприймачі (ЕП).

Приймач електричної енергії (ЕП) – це пристрій, який перетворює перетворення електричної енергії в інший вид енергії для її використання. - електроустаткування (електродвигун, перетворювач, світильник і ін.), що споживає або перетворить електроенергію.

Передача електроенергії на великі відстані в більшості випадках економічно доцільніше, ніж перевезення палива по залізниці , транспорт газу або нафти по трубопроводах. Це особливо істотно було в умовах Радянського Союзу, де майже 85 % найбільш економічних паливно-енергетичних ресурсів перебувала в Азіатській частині країни, а основна частина споживачів була зосереджена в її Європейських районах.

Центр живлення – це розподільний пристрій генераторної напруги електростанції або розподільний пристрій вторинної напруги понижувальної підстанції енергосистеми, до яких приєднані розподільні мережі даного району.

Джерелом живлення (ДЖ) називається електроустановка, від якої здійснюється живлення електроенергією споживачів — приймачів електричної енергії підприємств або організацій.