Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ПЕРЕДА́ЧА ЭЛЕКТРОЭНЕ́РГИИ

  • рубрика
  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 25. Москва, 2014, стр. 624-625

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Ю. П. Рыжов

ПЕРЕДА́ЧА ЭЛЕКТРОЭНЕ́РГИИ, ком­плекс уст­ройств и со­ору­же­ний, пред­на­зна­чен­ных для пе­ре­да­чи элек­тро­энер­гии вы­со­ко­го на­пря­же­ния пе­ре­мен­ным трёх­фаз­ным то­ком или по­сто­ян­ным то­ком на оп­ре­де­лён­ное рас­стоя­ние (от не­сколь­ких де­сят­ков до ты­сяч км и бо­лее). Не­об­хо­ди­мость П. э. обу­слов­ле­на тем, что элек­тро­энер­гия вы­ра­ба­ты­ва­ет­ся круп­ны­ми элек­тро­стан­ция­ми, а по­треб­ля­ет­ся срав­нитель­но ма­ло­мощ­ны­ми при­ём­ни­ка­ми элек­тро­энер­гии, рас­пре­де­лён­ны­ми на зна­чит. тер­ри­то­рии, ча­сто су­щест­вен­но уда­лён­ной от элек­тро­стан­ций. От эф­фек­тив­но­сти П. э. за­ви­сит ра­бо­та еди­ных элек­тро­энер­ге­ти­че­ских сис­тем, ох­ва­ты­ваю­щих об­шир­ные тер­ри­то­рии.

В ком­плекс для пе­ре­да­чи пе­ре­мен­но­го то­ка вхо­дят: ли­ния элек­тро­пе­ре­да­чи, кон­це­вые и про­ме­жу­точ­ные под­стан­ции элек­три­че­ские с ком­му­та­ци­он­ной ап­па­ра­ту­рой, транс­фор­ма­то­ры и ав­то­транс­фор­ма­то­ры на этих под­стан­ци­ях, уст­рой­ст­ва про­доль­ной и по­пе­реч­ной ком­пен­са­ции (см. Ком­пен­си­рую­щие уст­рой­ст­ва), пе­ре­клю­ча­тель­ные пунк­ты (при не­об­хо­ди­мо­сти), уст­рой­ст­ва ре­лей­ной за­щи­ты и ав­то­ма­ти­ки, те­ле­мет­рии, свя­зи. Пе­ре­да­чи пе­ре­мен­ным то­ком мо­гут быть транс­порт­ны­ми и меж­сис­тем­ны­ми. Транс­порт­ная пе­ре­да­ча пред­на­зна­че­на для П. э. от уда­лён­ной элек­трич. стан­ции в при­ём­ную сис­те­му, меж­сис­тем­ная – для свя­зи отд. элек­тро­энер­ге­тич. сис­тем и об­ме­на элек­тро­энер­ги­ей ме­ж­ду ни­ми. По ЛЭП пе­ре­да­ют­ся по­то­ки мощ­но­сти, из­ме­ряе­мые сот­ня­ми и ты­ся­ча­ми МВт. Од­ной из осн. ха­рак­те­ри­стик элек­тро­пе­ре­да­чи яв­ля­ет­ся её про­пу­ск­ная спо­соб­ность, т. е. та наи­боль­шая мощ­ность, ко­то­рую мож­но пе­ре­дать по ЛЭП. П. э. свя­за­на с за­мет­ны­ми по­те­ря­ми, т. к. элек­трич. ток на­гре­ва­ет про­во­да ЛЭП. Мощ­ность $P$, пе­ре­да­вае­мая по ли­нии трёх­фаз­но­го то­ка при сим­мет­рич­ной на­груз­ке фаз,$$P=\sqrt{3}IU\cos φ,\tag1$$ где $I$ и $U$ – дей­ст­вую­щие зна­че­ния ли­ней­ной си­лы то­ка и ли­ней­но­го на­пря­же­ния, $φ$ – угол сдви­га фаз ме­ж­ду фаз­ным на­пря­же­ни­ем и си­лой то­ка.

 

Мощ­ность, те­ряе­мая в про­во­дах, $$P_l=3I^2R=3I^2\rho\frac{l}{S},\tag2$$ или $$P_l=\frac{3P^2}{3U^2\cos^2 \varphi}\rho\frac{l}{S}=\frac{P^2}{U^2cos^2\varphi}\rho\frac{l}{S}\tag3$$Здесь $R$ – на­груз­ка в элек­трич. це­пи, $ρ$ – удель­ное со­про­тив­ле­ние ма­те­риа­ла про­во­дов, $l$ – их дли­на, $S$ – пло­щадь по­пе­реч­но­го се­че­ния. Ана­ли­зи­руя вы­ра­же­ние (3), мож­но оты­скать пу­ти умень­ше­ния те­ряе­мой мощ­но­сти. Пе­ре­да­вае­мая мощ­ность $P$ и даль­ность пе­ре­да­чи энер­гии $l$ оп­ре­де­ля­ют­ся ус­ло­вия­ми элек­тро­пе­ре­да­чи. Эти ве­ли­чи­ны из­ме­нить не­воз­мож­но. Удель­ное со­про­тив­ле­ние $ρ$ за­ви­сит от ма­те­риа­ла, из ко­то­ро­го из­го­тов­лены про­во­да. На прак­ти­ке ис­поль­зу­ют­ся пре­им. ма­те­риа­лы с наи­мень­шим зна­че­ни­ем $ρ$ (медь, алю­ми­ний). Уве­ли­че­ние пло­ща­ди по­пе­реч­но­го се­че­ния про­во­дов ма­ло­эф­фек­тив­но; зна­чи­тель­ное их утол­ще­ние не­воз­мож­но из-за боль­шой мас­сы и стои­мо­сти ли­нии. По­это­му ос­та­ют­ся два пу­ти умень­ше­ния по­терь элек­трич. энер­гии: уве­ли­че­ние на­пря­же­ния в ЛЭП и по­вы­ше­ние ко­эф. мощ­но­сти. Ко­гда ко­эф. мощ­но­сти $\cos φ$ мал, часть энер­гии цир­ку­ли­ру­ет по про­во­дам от ге­не­ра­то­ра к по­тре­би­те­лям и об­рат­но, что при­во­дит к зна­чит. по­те­рям на на­гре­ва­ние про­во­дов. Пре­дель­ная пе­ре­да­вае­мая мощ­ность до­сти­га­ет­ся, ко­гда $\cos j=1$. Да­же при та­ком срав­ни­тель­но вы­со­ком ко­эф. мощ­но­сти, как $\cos φ=0,8$, по­те­ри в ЛЭП при­мер­но в 1,5 ра­за боль­ше, чем в слу­чае, ко­гда $\cos φ=1$. При совр. мас­шта­бах пе­ре­да­чи энер­гии по­вы­ше­ние зна­че­ния $\cos φ$ с 0,8 до 0,9 да­ло бы ог­ром­ную эко­но­мию мощ­но­сти, рав­ную мощ­но­сти не­сколь­ких круп­ных элек­тро­стан­ций. Од­на­ко гл. путь умень­ше­ния по­терь мощ­но­сти в про­во­дах ЛЭП – это по­вы­ше­ние на­пря­же­ния в ли­нии пе­ре­да­чи. Чем длин­нее ЛЭП, тем вы­год­нее ис­поль­зо­вать бо­лее вы­со­кое на­пря­же­ние. По­это­му при пе­ре­да­че энер­гии от мощ­ных элек­тро­стан­ций элек­трич. ток по ши­нам по­сту­па­ет на транс­фор­ма­тор­ные по­вы­шаю­щие под­стан­ции. По­сле по­вы­ше­ния на­пря­же­ния на под­стан­ции до 35, 110, 220, 500, 750 кВ энер­гия на­прав­ля­ет­ся в рай­он по­тре­би­те­ля на по­ни­жаю­щие под­стан­ции, где на­пря­же­ние по­ни­жа­ет­ся до 6–10 кВ. С по­ни­жаю­щих под­стан­ций по се­ти с на­пря­же­ни­ем 6–10 кВ энер­гия час­тич­но на­прав­ля­ет­ся к вы­со­ко­вольт­ным по­тре­би­те­лям, час­тич­но на по­ни­жаю­щие под­стан­ции, где на­пря­же­ние по­ни­жа­ет­ся обыч­но до 380 В. Да­лее по низ­ко­вольт­ной се­ти она под­во­дит­ся к по­тре­би­те­лям.

По­вы­ше­ние про­пу­ск­ной спо­соб­но­сти ЛЭП пе­ре­мен­но­го то­ка воз­мож­но и пу­тём усо­вер­шен­ст­во­ва­ния кон­ст­рук­ции ли­нии, а так­же по­сред­ст­вом вклю­че­ния разл. ком­пен­си­рую­щих уст­ройств. Уст­рой­ст­ва про­доль­ной ком­пен­са­ции при­ме­ня­ют­ся для по­вы­ше­ния про­пу­ск­ной спо­соб­но­сти пе­ре­да­чи. Та­ким уст­рой­ст­вом слу­жит кон­ден­са­тор­ная ба­та­рея, вклю­чён­ная в рас­сеч­ку ли­нии, за счёт че­го ком­пен­си­ру­ет­ся часть ин­дук­тив­но­сти ли­нии и, как след­ст­вие, по­вы­ша­ет­ся про­пу­ск­ная спо­соб­ность по­след­ней. Уст­рой­ст­ва по­пе­реч­ной ком­пен­са­ции слу­жат для по­гло­ще­ния из­бы­точ­ной за­ряд­ной мощ­но­сти ЛЭП в ре­жи­мах ма­лых на­гру­зок и ге­не­ра­ции ре­ак­тив­ной мощ­но­сти в ре­жи­мах боль­ших на­гру­зок, ста­би­ли­за­ции на­пря­же­ния в уз­ло­вых точ­ках пе­ре­да­чи. В ка­че­ст­ве уст­ройств по­пе­реч­ной ком­пен­са­ции ис­поль­зу­ют­ся управ­ляе­мые и не­управ­ляе­мые шун­ти­рую­щие ре­ак­то­ры, ста­тич. ти­ри­стор­ные ком­пен­са­то­ры (уст­рой­ст­ва, ос­но­ван­ные на при­ме­не­нии си­ло­вой пре­об­ра­зо­ват. тех­ни­ки). Пе­ре­клю­ча­тель­ные пунк­ты пред­став­ля­ют со­бой про­ме­жу­точ­ную под­стан­цию без на­груз­ки, на ко­то­рой име­ют­ся толь­ко вы­клю­ча­те­ли вы­со­ко­го на­пря­же­ния, разъ­е­ди­ни­те­ли и за­зем­ли­те­ли, пред­на­зна­чен­ные для от­клю­че­ния отд. уча­ст­ков ка­ж­дой из це­пей про­тя­жён­ной ли­нии при по­вре­ж­де­ни­ях на дан­ном уча­ст­ке или для про­ве­де­ния на нём ре­монт­но-про­фи­лак­тич. ра­бот.

Наи­бо­лее пер­спек­тив­ным спо­со­бом пе­ре­да­чи элек­тро­энер­гии на даль­ние рас­стоя­ния яв­ля­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние по­сто­ян­но­го то­ка. При П. э. по­сто­ян­ным то­ком вы­ра­ба­ты­вае­мое ге­не­ра­то­ра­ми элек­тро­стан­ции пе­ре­мен­ное на­пря­же­ние пред­ва­ри­тель­но по­вы­ша­ют с по­мо­щью транс­фор­ма­то­ров, а за­тем с по­мо­щью вы­пря­ми­те­лей пре­об­ра­зу­ют в по­сто­ян­ное на­пря­же­ние. В кон­це ЛЭП по­сто­ян­ное на­пря­же­ние сно­ва пре­об­ра­зу­ют в пе­ре­мен­ное с по­мо­щью ин­вер­то­ров, по­сле че­го транс­фор­ма­то­ры по­ни­жа­ют его до нуж­но­го зна­че­ния. В ком­плекс для пе­ре­да­чи по­сто­ян­но­го то­ка вхо­дят: ЛЭП по­сто­ян­но­го то­ка, пре­об­ра­зо­ват. уст­рой­ст­ва (вы­пря­ми­тель и ин­вер­тор) со свои­ми транс­фор­ма­то­ра­ми, фильт­ро­ком­пен­си­рую­щие уст­рой­ст­ва пе­ре­мен­но­го то­ка, ли­ней­ные ре­ак­то­ры и фильт­ры по­сто­ян­но­го то­ка, а так­же сис­те­мы управ­ления пре­об­ра­зо­ва­те­ля­ми, ре­гу­ли­ро­ва­ния, за­щи­ты, ав­то­ма­ти­ки, сис­те­ма свя­зи. В элек­тро­пе­ре­да­чах по­сто­ян­но­го то­ка от­сут­ст­ву­ют мн. фак­то­ры, свой­ст­вен­ные элек­тро­пе­ре­да­чам пе­ре­мен­но­го то­ка и ог­ра­ни­чи­ваю­щие их про­пу­ск­ную спо­соб­ность (напр., ЛЭП по­сто­ян­но­го то­ка по­зво­ля­ют пе­ре­да­вать по тем же про­во­дам бóльшую энер­гию). Кро­ме то­го, при пе­ре­да­че элек­тро­энер­гии по­сто­ян­ным то­ком ис­че­за­ют за­труд­не­ния, свя­зан­ные с ин­дук­тив­ным со­про­тив­ле­ни­ем и ём­ко­стью ли­нии. Ог­ра­ни­че­ния­ми здесь яв­ля­ют­ся лишь макс. до­пус­ти­мый кпд ли­нии и мощ­ность пре­об­ра­зо­ва­те­лей. От­сут­ст­вие за­ряд­ной мощ­но­сти ли­нии (ём­кость ме­ж­ду ли­ни­ей и зем­лёй) по­зво­ля­ет со­ору­жать ка­бель­ные ли­нии дли­ной 100–200 км и бо­лее, что не­дос­ти­жи­мо для ка­бель­ных ли­ний пе­ре­мен­но­го то­ка из-за пе­ре­гре­ва то­ко­ве­ду­щих жил ка­бе­ля за­ряд­ной мощ­но­стью. Осн. об­лас­ти при­ме­не­ния элек­тро­пе­ре­дач по­сто­ян­но­го то­ка: связь элек­тро­энер­ге­тич. сис­тем, ра­бо­таю­щих не­син­хрон­но или с разл. час­то­та­ми (объ­е­ди­не­ние круп­ных уда­лён­ных друг от дру­га энер­го­сис­тем); пе­ре­се­че­ние боль­ших вод­ных про­странств с по­мо­щью ка­бель­ных ли­ний и др. Ог­ра­ни­чен­ность при­ме­не­ния элек­тро­пе­ре­дач по­сто­ян­но­го то­ка свя­за­на гл. обр. с тех­нич. труд­но­стя­ми соз­да­ния эф­фек­тив­ных не­до­ро­гих уст­ройств для пре­об­ра­зо­ва­ния пе­ре­мен­но­го то­ка в по­сто­ян­ный (в на­ча­ле ли­нии) и по­сто­ян­но­го то­ка в пе­ре­мен­ный (в кон­це ли­нии).

Ка­че­ст­во пе­ре­да­чи элек­тро­энер­гии оп­ре­де­ля­ет­ся на­дёж­ной и ус­той­чи­вой ра­бо­той элек­тро­пе­ре­да­чи, что обес­пе­чи­ва­ет­ся, в ча­ст­но­сти, при­ме­не­ни­ем ком­пен­си­рую­щих уст­ройств и сис­тем ав­то­ма­тич. ре­гу­ли­ро­ва­ния и управ­ле­ния. (Ис­то­ри­че­скую справ­ку см. в ст. Ли­ния элек­тро­пе­ре­да­чи.)

Лит.: Ана­ни­че­ва С. С., Бар­то­ло­мей П. И., Мы­зин А. Л. Пе­ре­да­ча элек­тро­энер­гии на даль­ние рас­стоя­ния. Ека­те­рин­бург, 1993; Элек­тро­тех­ни­че­ская эн­цик­ло­пе­дия / Под ред. А. Ф. Дья­ко­ва. М., 2008. Т. 2; Оси­ка Л. К., Ма­ка­рен­ко И. Г. Про­мыш­лен­ные по­тре­би­те­ли на рын­ке элек­тро­энер­гии. М., 2010; Крас­ник В. В. Пра­ви­ла уст­рой­ст­ва элек­тро­ус­та­но­вок в во­про­сах и от­ве­тах. М., 2012; Ге­ра­си­мен­ко А. А., Фе­дин В. Т. Пе­ре­да­ча и рас­пре­де­ле­ние элек­три­че­ской энер­гии. 4-е изд. М., 2014.

Вернуться к началу