Как электроэнергия приходит в наш дом. Как электричество попадает к нам в дом

Электроэнергия является неотъемлемой частью нашей жизни. Каждый день мы, не задумываясь, используем множество бытовых электроприборов, не говоря уже о производстве. А откуда берется так необходимая нам электроэнергия? Ответ на этот вопрос знают даже дети: ее производят электростанции. А вот как она поступает от электростанции к нам, потребителям, знают не все. На этот вопрос мы постараемся ответить в нашей статье.

Итак, начнем с электростанций. Все знают основные виды электростанций: АЭС, ГЭС, ТЭС. Многие наверняка слышали о существовании дизельных генераторных установок и миниэлектростанций, которые все чаще используются на строительных площадках, в качестве защиты от обесточивания в больницах, а также могут обеспечить электроэнергией частный дом и т.д. В Европе для получения электроэнергии используют также энергию ветра и солнечную энергию. Ученые всего мира также работают над альтернативными видами электроэнергии, такими как реакция синтеза, электростанции на биомассе.

В нашей стране на сегодняшний день основными источниками электроэнергии являются АЭС, ГЭС и ТЭС. Более половины электроэнергии производят тепловые электростанции. Чаще всего такие электростанции располагаются в местах добычи топлива. В городах могут также использоваться теплоэлектроцентрали, которые обеспечивают город не только электроэнергией, но и горячей водой и теплом. Наиболее дешевую электроэнергию производят гидроэлектростанции.

Атомные электростанции - наиболее современные. Одним из важнейших преимуществ является тот факт, что они не привязаны к источнику сырья, а, следовательно, могут быть размещены практически в любом месте. АЭС также не загрязняют окружающую среду, при условии учета всех природных факторов и выполнения требований к их постройке.

Но вот у нас есть электростанция, которая производит электроэнергию. Что же происходит дальше? А дальше электроэнергия с электросъёмных шин и подаётся в электрическую часть электростанции, которая бывает открытого, закрытого и комбинированного типа. В электрочасти находится диспетчерский пункт управления электростанцией, автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), коммутационные аппараты, релейная защита, контрольно - измерительные приборы и сигнализации, высоковольтные повышающие и понижающие трансформаторы, высоковольтные выключатели, сборные шины и автотрансформаторы. После преобразования энергии электричество подаётся на высоковольтную линию электропередач (ВЛЭП). Линии электропередач, предназначенные для транспортировки электроэнергии на большие расстояния, должны иметь большую пропускную способность и малые потери, и состоят из проводов, опор, крепёжной арматуры, грозозащитных тросов, а также вспомогательных устройств. По своему назначению ЛЭП подразделяются на сверхдальние, магистральные и распределительные. Основными элементами воздушных линий электропередач являются металлические опоры, которые устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга. Они бывают анкерными, промежуточными и угловыми. Анкерные опоры устанавливают в начале и конце линии электропередач, а также в местах перехода инженерных сооружений или естественных преград. Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках и предназначены для поддержки проводов с допустимым провисанием 6-8 метров в населённой местности, и 5-7 метров - в не населённой. Угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии электропередач. Специальные транспозиционные опоры устанавливаются для изменения порядка расположения на опорах, а так же для ответвления проводов от магистральной линии ВЛЭП. Для передачи электроэнергии в высоковольтных линиях электропередач применяются неизолированные провода, изготовленные из алюминия и сталеалюминия следующих марок: АН, АЖ, АКП (алюминиевые) и ВЛ, АС, АСКС, АСКП, АСК (сталеалюминевые). Провода к опорам крепятся при помощи поддерживающих или натяжных изоляторов, которые монтируются на опору подвесным способом, и крепёжной арматуры. В свою очередь изоляторы бывают фарфоровые, с покрытием из глазури, стеклянные, из закалённого стекла, и полимерные, из специальных пластических масс. Для защиты линии электропередач от молнии на опорах натягиваются грозозащитные тросы, устанавливаются разрядники, а опоры заземляются. Так как линия обычно тянется на большое расстояние, то во избежание потерь напряжения используются промежуточные подстанции с повышающими трансформаторами.

Для дальнейшего распределения электроэнергии к магистральным ВЛЭП подключаются распределительные подстанции, которые в свою очередь раздают электроэнергию на понижающие подстанции. При распределении электроэнергии от подстанции к КТП может использоваться 2 типа прокладки кабелей: воздушный и под землей. При воздушной прокладке обычно используют алюминиевые или сталемедные неизолированные провода, которые подвешиваются на опорах. При подземной прокладке используется силовой кабель с медными или алюминиевыми токопроводящими жилами и броней, которая обеспечивает надежную защиту от механических воздействий. К кабелям такого типа относятся марки, предназначенные для эксплуатации на напряжение до 35 кВ, например или (6-10 кВ), или (10-35 кВ). Если трансформаторная подстанция находится на большом расстоянии, то использование силового кабеля будет экономически не выгодным, в таком случае используется воздушная прокладка.

От понижающей подстанции по линиям электропередач энергия распределяется между КТП, которые разделяются на мачтовые и киосковые (проходные и тупиковые). Комплектные трансформаторные подстанции осуществляют понижение напряжения с 10(6) до 0,4 кВ переменного тока частотой 50 Гц и предназначены для подачи электроэнергии в частные дома, отдельные населенные пункты или небольшие промышленные объекты. В мачтовых трансформаторных подстанциях ввод и вывод кабеля осуществляется при помощи воздушных линий. КТП киоскового типа служат для тех же целей, но устанавливаются в простейшую бетонную площадку и имеют серьезное преимущество - они позволяют осуществлять ввод и отвод, как воздушным путем, так и под землей.

Для отвода воздушных линий используется самонесущие алюминиевые изолированные провода СИП, которые подвешиваются на деревянных или бетонных опорах при помощи монтажной арматуры. Такой способ прокладки распределительной линии используется в частных секторах, гаражных кооперативах или там где необходимо запитать большое количество потребителей находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Для прокладки подземных линий используется силовой кабель с алюминиевыми или медными жилами, с изоляцией из различных материалов, экранированный, бронированный, с защитным покровом или без него. В зависимости от способа прокладки могут использоваться различные марки кабеля. Для прокладки в специальных двустенных гофрированных трубах могут использоваться силовые кабели без защитного покрова и брони, такие, как АВВГ или . Для прокладки в траншеях используются кабели с броней и защитными покровами, которые имеют хорошую защиту от физического и механического воздействия. Это такие кабели как и (с броней и защитным покровом) или и (с броней без защитного покрова). Кроме того, в зависимости от характера блуждающих токов, могут использоваться силовые кабели с различными видами экранов, которые предназначены для прокладки, как в траншеях, так и в защищенных трубах. К таким кабелям относятся марки или .

От трансформаторной подстанции электроэнергия по выбранным проводам передается на распределительные пункты, которые находятся в специально отведенных для этого комнатах (щитовых). В щитовых устанавливаются распределительные устройства, которые не только обеспечивают передачу электроэнергии в квартиры, но также осуществляют запитку этажного и аварийного освещения, лифтов, систем вентиляции, кондиционирования и систем безопасности. Распределение от электрощитовой до этажных щитов, осуществляется при помощи кабелей, которые согласно условиям пожарной безопасности должны не распространять горение и иметь низкие показатели дымо и газовыделения. К таким маркам кабелей можно отнести (алюминиевые токопроводящие жилы), (медные жилы). Для прокладки магистральной линии используется и специальные крепежные скобы, которые обеспечивают сохранность кабеля на весь срок службы. Кроме того, для подвода питания от щитовой на этажные щиты может применяться шинопровод, который имеет ряд плюсов по сравнению с кабельной магистральной линией. К ним можно отнести удобство монтажа (секции без особых проблем собираются и монтируются в нишу), меньшие габариты по сравнению с кабельной линией (секции состоят из медных или алюминиевых шин, которые зачищены металлическим корпусом), удобство дальнейшей эксплуатации. И, наконец, от этажных щитов электроэнергия поступает на счетчик либо щит учетно-распределительный щит квартиры.

ГАОУ ДПУ «Институт развития образования Республики Татарстан»

Отдел образования исполнительного комитета

Спасского муниципального района РТ

Научно – практический семинар

«ФГОС. Механизмы реализации модели внедрения»

Открытый урок по окружающему миру, 1 класс

Тема: «Откуда в наш дом приходит электричество?»

Учитель начальных классов

II квалификационной категории

Битунова Светлана Николаевна

Цели урока:

1. 
   Деятельностная : формирова ние у учащихся представления о том, как электричество вырабатывается и поступает в дом;
2. 
   Содержательная : расширение понятийной базы за счет включения в неё новых понятий электричество, энергия, электрический ток; ознакомление с правилами безопасного обращения с электроприборами.
3. 
   Развивающая: развитие речи, мышления, памяти; воспитание чувства товарищества, взаимовыручки.

Оборудование: учебник 1 класса Плешаков А.А., индивидуальные карточки, синие фишки, энергосберегающая лампочка, музыкальная игрушка, батарейки, памятка, закладки, красный и синий карандаши, презентация к уроку, видеофрагмент гидроэлектростанции.

Ход урока

1. 
   Орг. момент.

Вот звенит для вас звонок

Начинается урок!

Ровно встали, подтянулись

И друг другу улыбнулись!

Начинаем урок окружающего мира.

II. Постановка учебной задачи.

- Отгадайте загадку:

Дом стеклянный пузырёк,

А живёт в нем огонёк.

Днём он спит, а как проснётся,

Ярким пламенем зажжется. (лампочка). (показ лампочки учителем)

Что же заставляет работать электрическую лампочку? (ответы детей)

(После ответов загадать загадку.)

- Отгадайте загадку:

По тропинкам я бегу,
Без тропинки не могу.
Где меня ребята нет,
Не зажжется в доме свет
К дальним селам, городам
Кто идет по проводам?

Светлое величество
Это: (электричество).

А откуда же приходит в наш дом электричество?

Кто мне скажет, тему нашего урока?

Сегодня мы выясним: Откуда в наш дом приходит электричество? (Слайд №1)

III. Открытие нового знания.

1) - Что же такое электричество? (ответы детей)

Электричество – это энергия, передающаяся по проводам. Электричество, бегущее по проводам называется электрическим током. Электрический ток заставляет работать электрическую лампочку.

А как еще нам помогает электричество? (Дети дают ответы, опираясь на свой жизненный опыт)

Электроприборы помогают людям в труде.

2) Работа по учебнику.

Откройте учебник на странице 62. Рассмотрите рисунок.

Назовите приборы, которые изображены? Для чего они служат?

Есть ли среди них приборы, которые выполняют одинаковую работу? Назовите их.

Теперь, возьмите зеленые кружки, положите их на приборы, которые работают от электричества. (Дети выполняют задание )

Давайте проверим по слайду, правильно ли вы справились с заданием. (Проверка задания Слайд №2)

Какие ещё приборы могут работать от электричества? (Телевизор, утюг, фен, радио, компьютер, холодильник, магнитофон).

Да, без электричества не смог бы работать ни один электроприбор. Но вот мы вставляем вилку в розетку - и происходит чудо: электроприбор оживает. Почему? (ответы детей)(есть электрический ток)

Откуда в розетке оказался электрический ток?

Рассказ учителя:

Электрический ток чем - то похож на реку, только в реке течет вода, а по проводам бежит ток. Электрический ток вырабатывают большие мощные электростанции: гидроэлектростанции, тепловые, атомные, ветряные (слайд №3). Давайте посмотрим, как работает гидроэлектростанция (просмотр видеофрагмента Гидроэлектростанци ). Чтобы получить электричество на таких станциях используется сила воды, энергия солнца и ветра. Электрический ток сначала течет по толстым высоковольтным проводам, потом по обычным проводам перетекает в наши дома, попадая в выключатели и розетки.

IV. Физкультминутка.

V. Продолжение работы по теме урока.

1) Включается музыкальная светящаяся игрушка. На фоне этого вопрос:

– Почему горят лампочки в игрушке? (ответ детей)

– Скажите, что прячется в батарейках? (Ответы детей)(Электрический ток)

Откуда в батарейках электрический ток? (ответы детей)

Люди научились создавать электричество в батарейках.

Батарейки бывают разные по форме и размеру. ((Демонстрация батареек Слайд №4) Учитель показывает детям различные батарейки).

Назовите приборы, которые работают от батареек. (Часы, фонарик, мягкие игрушки)

2) Практическая работа по индивидуальным карточкам.

(На столах у учащихся лежат карточки с заданием.)

Рассмотрите рисунки. Найдите приборы, которые работают от розетки. Соедините их красным карандашом с розеткой.

Найдите приборы, которые работают от батареек. Соедините их синим карандашом с батарейками.

А теперь проверим, как вы выполнили задание. Поменяйтесь карточками и проверьте, правильно ли сделал задание ваш сосед по парте. Не забываете о том, как нужно исправлять ошибки в чужой работе.

Кто хочет назвать приборы, которые соединили с розеткой. (1 учащийся называет предметы, которые он соединил красным карандашом – остальные проверяют карточки, затем учащийся называет предметы, которые он соединил, синим карандашом)

Кто хочет назвать приборы, которые соединили с батарейками.

- Чем удобны электроприборы, работающие от батареек?

Откуда же в наш дом приходит электричество? (Электричество вырабатывается на электростанциях и приходит в наш дом по проводам и в батарейках)

3) Техника безопасности.

- Никита выучил с тихотворение про электричество, сейчас он нам его расскажет:

Стихотворение рассказывает ученик:

Электричество – друг

И помощник во всём,

Если только ты вдруг

Не забудешь о том,

Что нельзя с ним шутить

И нельзя с ним играть:

Током может убить

Ток он может кусать.

С электричеством вежливы

Будьте всегда

И тогда не грозит вам

От тока беда.

- Когда электричество может быть опасным ?(Когда с ним не правильно обращаются)

- Какие правила безопасности при пользовании электричеством вы знаете?

(Сначала дети говорят сами правила, затем учитель подводит итог)

Учитель:

1. 
   Никогда не берись за электроприборы мокрыми руками! Вода очень хорошо проводит электрический ток.
2. 
   Не вынимай вилку из розетки, дергая за шнур – он может оборваться и оголить провода, по которым проходит электрический ток.
3. 
   Не прикасайся к оголенным проводам!
4. 
   Если ты заметил искру, когда нажал на выключатель или сунул вилку в розетку, скажи об этом взрослым.
5. 
   Когда уходишь из дома, из класса, не забывай выключать свет и электроприборы. (слайд №5)

Рефлексия:

Чтобы легче было запомнить правила безопасности, давайте превратим памятку в самолётик. Пунктирные линии показывают, как его сделать.

Памятки-самолетики, закладки вы можете оставить на память, подарить младшим братьям и сестрам, друзьям.

V . Итог урока.

- А теперь подведем итог урока, и закончите предложения:

- Я знаю…

- Я запомнил…

- Я смог…

Как электричество попадает в наши дома и квартиры? В этой статье доступно простым языком, рассмотрена схема энергоснабжения частного дома и квартиры в многоэтажном доме. Рассмотрим две типовых схемы подачи электроэнергии в наши дома и квартиры.

1. Типовая схема подачи электроэнергии в частный дом.

В частном секторе электроэнергия от трансформаторной подстанции по воздушным линиям электропередач подается к домам потребителей.

От линии электропередач электроэнергия по проводам подается на герметичный бокс, который устанавливается на столбе или на фасаде дома. В боксе устанавливается вводной автоматический выключатель, к которому подключаются провода от воздушной линии.

После вводного автомата устанавливается прибор учета электроэнергии — электрический счетчик. Бокс пломбируется от возможности постороннего доступа энерго-обслуживающей организацией.

От бокса со счетчиком электроэнергия по кабелю подается в дом, где обычно устанавливают внутренний .

В этом электрощите устанавливаются аппараты защиты: автоматические выключатели, (УЗО) и другие модульные устройства. К ним подключаются различные группы потребителей: электроплиты, водонагреватели, кондиционеры, розетки для подключения приборов, светильники.

Защищают цепи потребителей от токов короткого замыкания и перегрузок, а также позволяют при необходимости отключить конкретную электрическую цепь для проведения ремонтных работ.

2. Схема подачи электроэнергии в многоэтажных домах.

В многоэтажных домах подача электроэнергии происходит немного по другой схеме.

От трансформаторной подстанции электроэнергия подается к главному распределительному щиту ГРЩ здания, который обычно устанавливается в щитовой здания. Электрические кабели обычно прокладывают под землей.

От главного распределительного щита питающие кабели заводятся в каждый подъезд и по специальным этажным стоякам подводятся к этажным распределительным щитам, которые устанавливаются на каждом этаже в этажных коридорах.

В этажных распределительных щитах устанавливаются вводные автоматические выключатели и счетчики электроэнергии отдельно на каждую квартиру. Количество счетчиков такое же, как и количество квартир на этаже.

Могут устанавливаться как в этажном распределительном щите, так и в отдельно вынесенном , который чаще всего устанавливается в прихожей квартир.

В общем случае схема электрической сети квартиры или дом а будет выглядеть, как на схеме ниже.

Электроэнергия от внешней электросети подается на вводной автоматический выключатель.

После него подключается счетчик электроэнергии.

После счетчика подключаются групповые автоматические выключатели, через которые подключаются потребители — бытовые приборы: электроплиты, водонагреватели, кондиционеры, светильники и др.

Для большей наглядности посмотрите видео: Как электроэнергия попадает в дома и квартиры.

Как электроэнергия попадает к нам в дома, какой путь она проделывает, перед тем как оказаться в наших розетках, какие схемы по передаче электроэнергии существуют и где она вырабатывается? На все эти вопросы вы найдете ответы, прочитав эту статью до конца!

Рисунок 1. Передача и распределение электроэнергии.

Виды электростанций.

Основными источниками электроэнергии являются электростанции. В настоящее время самыми востребованными и эффективными из них являются:

• гидроэлектростанции (ГЭС),
• тепловые электростанции (ТЭЦ),
• атомные электростанции (АЭС).

Но так же для производства электроэнергии используются и геотермальные, ветровые, солнечные электростанции. В последнее время их популярность растет с каждым годом, так как эти электростанции более экологичны и безопасны для природы и человека.

Для того чтобы передать электроэнергию от электростанции к потребителю она должна пройти длинный путь через большое количество устройств. Каких устройств и для чего они нужны, мы сейчас разберемся.

Рисунок 2. Атомная электростанция.

Важнейшая проблема передачи электроэнергии состоит в том, что при передаче ее на большие расстояния возникают большие потери мощности тока. Основная причина этих потерь это сопротивления в проводниках, по которым передается электричество.Отсюда возникает вопрос, как снизить сопротивление в проводах?

Чтобы снизить сопротивление в проводах необходимо увеличить их площадь поперечного сечение. Но учитывая длину, на которую нужно передать электроэнергию, очевидно, что это невыгодно. Есть еще один способ, чтобы передать ту же мощность по проводам, можно уменьшить силу тока протекающего по проводам увеличив напряжение.

Этот процесс можно сравнить с водопроводной трубой, где вода это электрический ток, труба это проводник, объем воды протекающий через трубу это мощность, давление воды это напряжение.

Теперь все понятно, увеличивать диаметр трубы, чтобы поступало больше воды не выгодно из-за большого расстояния, нужно увеличить давление напряжение, чтобы через тот же диаметр трубы протекало больше воды. Правда придётся увеличить и толщину трубы, чтобы ее не порвало, в электрике это будет увеличение толщины изоляторов, чтобы не было пробоя. Но все равно это выгодней!

Напряжение воздушных линий электропередач.

Для того чтобы повысить напряжение на электростанциях используются повышающие трансформаторы. От электростанции высокое напряжение передается по линиям электропередач (ЛЭП). Напряжение в ЛЭП зависит от длины, на которую нужно передать электроэнергию.

Чем дальше от электростанции находятся потребители, тем выше должно быть напряжение в линии электропередач, для того чтобы избежать потерь. Величина напряжения в зависимости от длины линии может быть. Самая высоковольтная ЛЭП в мире находится в России, ее напряжение 1150кВ.

• Сверхдальние ЛЭП напряжением от 500кВ, 750кВ, 1150кВ.
• Магистральные ЛЭП напряжением 220кВ, 330кВ.
• Распределительные ЛЭП напряжением 35кВ, 110кВ, 150кВ.

Высокое напряжение от электростанций по ЛЭП приходит на центральные распределительные подстанции (ЦРП) которые находятся непосредственно в городах или близко к ним. Там происходит понижение напряжения, если это необходимо и распределение электроэнергии по линиям более низкого напряжения 220,110кВ. Эти линии питают подстанции соответственно 110,220кВ, которые распределены по районам города, как правило, это несколько подстанций на район.

Рисунок 3. Высоковольтная ЛЭП.

На подстанциях 110,220кВ напряжение понижается до 6,10кВ и распределяется по трансформаторным пунктам (ТП) через кабельные линии которые проложены в земле. Один трансформаторный пункт (ТП) может питать несколько многоэтажных жилых домов. В среднем это 2, 3 или 4 в зависимости от этажности жилых дома на одну ТП.

Приходящее на ТП напряжение 6 либо 10кВ снова понижается уже до всем нам привычного 0.4кВ (220, 380В). С ТП напряжение 380В по кабельным линиям подается на жилые дома. От щитовых жилых домов, электроэнергия расходится по кабельным линиям в этажные щиты, а от этажных щитов подается в наши квартиры.

Электроэнергия настолько плотно и основательно вошла в быт, что о её существовании потребители вспоминают лишь в случаях отключения света и при оплате счетов. В обыденной жизни мало кто задумывается о том, насколько сложно не только выработать энергию, но и доставить её в дома и на предприятия, сделать это безопасно и с минимальными потерями. Разветвлённая сеть линий электропередач и множество подстанций - это лишь видимая часть огромной системы, благодаря которой энергия появляется в розетках квартир и электрощитах заводов.

Структура и типы современных электросетей

Электрическая энергия передаётся от генерирующих мощностей к территориально удалённым потребителям посредством специальной транспортирующей, преобразующей и распределительной инфраструктуры - сетей. Последние имеют достаточно сложную структуру, их работа требует выполнения определённых условий, касающихся эффективности, безопасности и надёжности. Как правило, структура сети определяется расположением потребителей. Конечным этапом подачи электроэнергии потребителю является её распределение.

В схемы передачи на современном этапе развития сетей входят такие компоненты, как повышающие и понижающие трансформаторные подстанции, соединённые между собой линиями электропередачи. Кроме того, основными элементами инфраструктуры являются группы вспомогательного оборудования - защитные устройства и коммутаторы. Структура сети может изменяться в зависимости от порядка использования коммутаторов. К примеру, при отключении аварийных участков задействуются другие линии. Кроме того, структура сети может меняться при помощи коммутаторов для оптимизации режима работы.

Схема передачи электроэнергии: 1 - гидроэлектростанция; 2 - повышающая трансформаторная станция; 3 - ЛЭП; 4 - понижающая трансформаторная станция; 5 - распределительная подстанция; 6 - местные понижающие трансформаторные подстанции

Сети классифицируются по разным критериям. По типу потребителей их разделяют на сети общего назначения (предназначены для энергообеспечения бытовых и транспортных потребителей, а также объектов, расположенных в сельской местности), сети технологических объектов (для производств и систем инженерного назначения), контактные сети (для любого электротранспорта).

Классификация производится и по критерию масштаба самих сетей:

1. Магистральные - проложенные между странами, регионами, самыми мощными станциями и крупными центрами потребления. Такие сети характеризуются большими значениями мощности - в несколько гигаватт.
2. Региональные - в пределах одного региона, применительно к России - субъекта федерации. Запитываются от магистралей, а также от источников, расположенных внутри регионов. Предназначены для обслуживания крупных потребителей - населённых пунктов не меньше города, районов, промышленных предприятий, транспортных узлов, осваиваемых месторождений полезных ископаемых. Мощность сетей составляет гигаватты или несколько сотен мегаватт.
3. Районные - мощностью в несколько мегаватт - получают электроэнергию из региональных сетей. Районная инфраструктура обычно не имеет собственных генерирующих источников и предназначается для поставок энергии в поселковые и внутриквартальные сети, на небольшие предприятия и транспортные узлы.
4. Внутренние предназначены для распределения электроэнергии в пределах одного района, села, квартала. Питание в сети подаётся максимум из двух точек. В некоторых случаях оснащаются собственными резервными источниками. Мощность этих сетей не превышает нескольких мегаватт или сотен киловатт.
5. Электропроводка - сеть нижнего уровня. Она обеспечивает доставку электроэнергии до потребителя внутри здания, цеха и других помещений. При классификации часто не отделяется от внутренних сетей. Мощность электропроводки ограничена сотнями или десятками киловатт.

Сети отличаются друг от друга и родом тока, который подаётся в них. В частности, переменный трёхфазный ток передаётся по магистральным сетям широкого диапазона напряжений. Переменный однофазный ток поступает в сети электропроводки бытовых объектов, к конечным потребителям он передаётся от распределительных щитов. Постоянный ток подаётся в большую часть контактных сетей, а также автономных и специальных сетей. Последние характеризуются ультравысоким напряжением и пока не имеют широкого распространения.

Линии электропередачи

Линии электропередачи (ЛЭП) - один из основных компонентов транспортировки электроэнергетического ресурса - это системы передачи энергии, которые находятся за пределами электростанций или подстанций. Кроме того, по ЛЭП передаётся сервисная информация при помощи сигналов высокой частоты. В странах СНГ для передачи информации имеются в наличии 60 тыс. каналов ЛЭП. Передача данных используется для управления работой сети диспетчерскими службами, телеметрии, получения сигналов релейной защиты и автоматики в случаях аварий.

Строительство ЛЭП считается сложной задачей для отраслевых компаний. Такая работа включает проектирование, непосредственно прокладку линий, их монтаж, пусконаладочные мероприятия, а также обслуживание. ЛЭП по типу размещения конструкций разделяются на воздушные и кабельные. Кроме того, набирает популярность ещё один тип линий - газоизолированные. ЛЭП включает проводники тока, сооружения для его размещения или прокладки - каналы, эстакады или опоры, изоляционные средства опорного или подвесного типов, защитные устройства, оборудование для заземления, разрядники и тросы против грозы.

Воздушные линии, как это очевидно из их названия, предназначены для передачи электроэнергии по проводам, которые размещаются на открытом воздухе. Они крепятся к опорам, путепроводам и мостам при помощи траверсов, арматуры и изоляторов. В большинстве случаев воздушные ЛЭП служат для подачи переменного тока. Линии для постоянного тока применяются в отдельных случаях, в том числе для запитывания контактной сети.

Воздушные ЛЭП распределяются по критерию величины напряжения на:

1. Сверхдальние (от 500 киловольт) - обустраиваются для связи разных энергосистем.
2. Магистральные (220–330 кВ) - для передачи электроэнергии от станций высокой мощности, для объединения генерирующих объектов внутри энергетических систем и для связи станций с распределительными пунктами.
3. Распределительные (35–150 кВ) - для энергетического снабжения промышленных предприятий и отдельных населённых пунктов в крупных районах, организации энергосвязи распределительных узлов с потребителями.
4. ЛЭП напряжением ниже 20 кВ - для подачи электроэнергии непосредственно конечным потребителям.

Кабельные линии, в свою очередь, состоят из одного или нескольких кабелей, оснащённых концевыми, соединительными и стопорными муфтами, деталями крепежа. В случае маслонаполненных линий устанавливаются подпитывающие аппараты. Кабельные трассы классифицируются по величине напряжения аналогично воздушным. По условиям прокладки они распределяются на подземные, подводные и смонтированные в сооружениях.

Также кабельные линии классифицируются по критерию применения конкретных изолирующих материалов. Может применяться изоляция из этилен-пропиленовой резины, сшитого полиэтилена, резиново-бумажной и бумажно-масляной основ, поливинилхлорида, твёрдых материалов, нефтяного масла, которым пропитывается кабель. Инновационные технологии предусматривают применение изоляции при помощи газообразных веществ.

Подстанции - назначение и терминология

Посредством ЛЭП объединяются электрические подстанции, служащие, по сути, для корректировки характеристик тока. Они представляют собой установки для приёма и преобразования электроэнергии с её дальнейшим распределением. Подстанции состоят из трансформаторов или других преобразователей энергии, управляющих блоков, устройств вспомогательного назначения и распределительных узлов.

Станции первичного распределения перед подачей энергии потребителю понижают электрическое напряжение до 2–35 кВ с целью дальнейшей её транспортировки на вторичные подстанции, после прохождения которых напряжение уменьшается до ещё более низкого уровня (для России - до 380 вольт). Повышающие же трансформаторы применяются, соответственно, для увеличения напряжения со снижением силы тока. Основная причина размещения повышающих подстанций в сетях является необходимость передачи большей мощности на значительные расстояния, что становится возможным только при повышенном напряжении.

Благодаря наличию в электрической сети повышающих трансформаторов удаётся достичь экономии металла непосредственно в проводах ЛЭП, сократить потери вследствие активного сопротивления. Такой эффект достигается в силу определённых физических закономерностей. Площадь сечения провода обусловлена отсутствием коронного разряда и силой тока. Снижение последней даёт возможность сократить потери энергии, уровень которых прямо зависим от величины этого показателя. В связи с повышением напряжения возникает необходимость предотвращения высоковольтных пробоев, что достигается разносом проводов на большие расстояния, а также применением специальных изоляторов.

Станции, которые предназначены для изменения напряжения тока, получили название трансформаторных. Системы, изменяющие род тока или его частоту, называются преобразовательными станциями. Подвидом таких станций являются вставки постоянного тока, устанавливаемые для преобразования токов - из переменного в постоянный с дальнейшим его изменением в обратном порядке.

Устройства для распределения энергии, которые не включены в состав подстанций, являются распределительными пунктами. Подстанции, размещаемые в населённых пунктах, называются городскими, в промышленном сегменте - цеховыми. Кроме того, отдельно классифицируют тяговые подстанции на постоянном токе, предназначенные для обеспечения работы электротранспорта.

Городские и цеховые подстанции могут состоять из единственного или двух трансформаторов. Обычно критерием для выбора варианта конструкции служит объём затрат на реализацию проекта. Путём сравнения предлагаемых проектировщиками вариантов заказчик выбирает компромиссный вариант, который обеспечивает достаточную надёжность энергоснабжения при меньших затратах. Тем не менее, по мнению специалистов отрасли, при проектировании и эксплуатации следует выбирать однотипные устройства с равной мощностью для того, чтобы разнообразие парка оборудования не вызывало неудобств и дополнительных затрат на ремонтные работы.

Сверхпроводники: ЛЭП из будущего

Модернизация электросетевого комплекса - актуальная задача не только для России, но и для всего мира. Напомним, Пронедра писали ранее, что эксперты прогнозируют снижение стабильности работы электроэнергетической сферы во всём мире в силу физического устаревания оборудования сетей. Эффективность передачи электроэнергии по сетям может достигаться не только своевременным ремонтом и грамотным применением существующих решений, но и внедрением инновационных технологий.

Одной из них является производство проводов на основе высокотемпературных сверхпроводников. Их применение позволит не только достичь высокой плотности тока, но и передавать его без потерь. В 2006 году в демонстрационном режиме была запущена такая силовая сеть в штате Нью-Йорк, протяжённостью 600 метров. Оператором проекта является компания American Superconductor.

Высокотемпературный сверхпроводящий кабель: 1 - вход жидкого азота; 2 - сверхпроводящая лента (3 фазы); 3 - медный экран (нулевой проводник); 4 - диэлектрик; 5 - выход азота; 6 - криостат; 7 - внешняя изоляция

Эта же корпорация заключила соглашение с южнокорейской компанией LS Power, предусматривающее поставки трёх тысяч километров сверхпроводников с целью постройки на территории корейского государства полусотни километров инновационных сетей в ближайшие годы. В США, кроме того, были опробованы линии длиной 200 метров в Огайо и 3250 метров в Олбани (штат Нью-Йорк).

По информации Всероссийского НИИ кабельной промышленности, разработка лент высокотемпературного типа из сверхпроводников в РФ стартовала в 2004 году. Испытания первой пятиметровой линии прошли два года спустя. Уже в 2009 году была изготовлена лента длиной 200 метров. В институте отметили, что один кабель вмещает в себя в сечении до полусотни таких лент. Сечение одной ленты составляет всего 4х0,1 мм, при этом она может передавать ток силой до 100 ампер.

Высокотемпературный сверхпроводник (ВТСП-лента)

Ленты изготовляются с применением сложной технологии плёночного напыления. Российская сторона закупает исходные проводники у поставщиков. Материал приобретается у упомянутой American Superconductor, а также у Superpower. Эти предприятия - единственные в мире, которые выпускают сверхпроводники. После покупки исходных материалов отечественными специалистами создаётся модельный кабель.

Особенности российских электросетей

Сверхпроводники - дело, вероятно, неблизкого будущего, а в настоящем российские электрические сети структурно не отличаются от систем, которые работают во всём мире. В Единую национальную сеть страны входят все высоковольтные компоненты - линии и подстанции напряжением от 220 кВ. В национальную систему включены ЛЭП и других классов, а также некоторые элементы электросетевого хозяйства в соответствии с критериями, установленными правительством. Тем не менее, российским сетям присущи любопытные индивидуальные особенности.

Несколько интересных фактов об электросетях России:

1. В общей сложности в России насчитывается 10,7 тыс. линий электропередачи с напряжением от 110 кВ до 1,15 тыс. кВ.
2. В стране есть уникальный электросетевой объект - участок Экибастуз–Кокшетау линии «Сибирь–Центр», напряжение в котором, по проекту, достигает упомянутых 1,15 тыс. кВ. Примечательно, что под таким высоким напряжением физически не в состоянии функционировать ни одна линия в мире. Впрочем, сейчас данный участок протяжённостью 432 километра работает под напряжением 500 кВ. Линия была построена ещё во времена СССР, в 1980–1988 годах. Большая часть ЛЭП проходит по казахстанской территории (1,421 тыс. км).
3. Электрические сети России используются для обеспечения параллельной работы с энергосистемами сопредельных государств - бывших республик СССР. Кроме того, через вставки постоянного тока передача электроэнергии осуществляется в Финляндию, Китай и Норвегию. Объём перетоков между электросетями России и других стран в год оценивается более чем в 13,5 млрд кВт·ч.
4. Единая электросеть России в 2001 году решением правительства получила статус общенационального достояния.
5. Сетью управляет оператор ФСК ЕЭС, в ведении которого находятся 140 тыс. километров линий электропередачи, а также 933 подстанции суммарной мощностью 334,5 мегавольт-ампер.
6. В соответствии с законом об электроэнергетике, в управление ФСК должны передаваться все объекты, которые включены в национальную систему, однако по факту частью систем распоряжаются другие собственники. Ввиду стратегической важности сетей государство обязало последних работать только по договорам о передаче энергии и запретило им использовать или выводить из работы объекты без разрешения оператора.