Наиболее эффективный метод
Планета Земля является огромным конденсатором. Литосфера, в основном, проводит электричество за исключением небольших ее участков. Существует теория, что беспроводная передача энергии может осуществляться через земную кору. Суть такова: источник тока надежно контактирует с поверхностью земли, переменный ток определенной частоты перетекает с источника в кору и распространяется во всех направлениях, через определенные промежутки в земле размещаются приемники электротока, с которых он передается потребителям.
Суть теории в том, чтобы принимать и использовать ток только одной заданной частоты. Как в радиоприемнике настраивается частота приема радиоволн, так и в таких электроприемниках будет регулироваться частота принимаемого тока. Теоретически таким методом возможно будет передавать электроэнергию на очень большие расстояния, если частота переменного тока будет низкой, порядка нескольких Гц.
Первая категория электрических приемников
На сегодняшний день имеется три категории электроприемников, которые отличаются между собой степенью надежности.
К первой категории электрических приемников относятся те объекты, при нарушении электроснабжения которых возникают достаточно серьезные проблемы. К последним относят следующее: угроза жизни человеку, сильные ущерб народному хозяйству, повреждение дорогого оборудования из основной группы, массовый брак продукции, разрушение устоявшегося технологического процесса получения и распределения электроэнергии, возможное нарушение в работе важных элементов коммунального хозяйства.
К таким электроприемникам относятся здания с большим скоплением людей, к примеру, театр, универсам, универмаг и т. д. Также к этой группе принадлежит и электрифицированный транспорт (метро, троллейбус, трамвай).
Что касается снабжения электроэнергией данных сооружений, то они должны обеспечиваться электричеством от двух источников, которые независимы друг от друга.
Отключение от сети таких построек допускается лишь на срок, в течение которого будет запускаться резервный источник питания. Другими словами, система распределения электроэнергии должна предусматривать быстрый переход от одного источника на другой, в случае аварийной ситуации. Независимым источником питания в данном случае считается тот, на котором сохранится напряжение даже в том случае, если на других источниках, питающих один и тот же электроприемник, оно пропадет.
К первой категории также относятся устройства, которые должны питаться сразу от трех независимых источников.
Это особая группа, работа которой должна быть обеспечена в бесперебойном режиме.То есть не допускается отключение от электропитания даже на время включения аварийного источника. Чаще всего к такой группе относят приемники, выход из строя которых влечет за собой возникновение угрозы для жизни человека (взрыв, пожар и т. д.).
Схемы распределения для первой категории приемников
Что касается распределения энергии для питания приемников первой категории, то в данном случае необходимо подключение от двух независимых центров питания одновременно. Кроме того, в таких схемах часто используется не один распределительный пункт, а два, а также всегда предусмотрена система автоматического включения резервного питания.
Для электрических приемников, которые принадлежат к первой категории, автоматика переключения на резервное питание устанавливается на вводно-распределительных устройствах. При такой системе подключения распределение электрического тока осуществляется при помощи двух силовых линий, каждая из которых характеризуется напряжением до 1 кВ, а также подключаются к независимым трансформаторам.
Первичное распространение
Напряжение первичного распределения колеблется от 4 кВ до 35 кВ между фазами (от 2,4 кВ до 20 кВ между фазами и нейтралью) Только крупные потребители получают питание непосредственно от распределительных напряжений; большинство потребителей коммунальных услуг подключены к трансформатору, который снижает напряжение распределения до низкого «напряжения использования», «напряжения питания» или «напряжения сети», используемого в системах освещения и внутренней проводки.
Конфигурации сети
Подстанция рядом Йеллоунайф, в Северо-Западных территориях Канады
Распределительные сети делятся на два типа: радиальные и сетевые. Радиальная система устроена как дерево, где у каждого покупателя есть один источник поставок. Сетевая система имеет несколько источников питания, работающих параллельно. Точечные сети используются для сосредоточенных нагрузок. Радиальные системы обычно используются в сельской или загородной местности.
Радиальные системы обычно включают аварийные соединения, где система может быть перенастроена в случае проблем, таких как неисправность или плановое обслуживание. Это может быть сделано путем размыкания и замыкания переключателей, чтобы изолировать определенный участок от сети.
Большой опыт работы с кормушками падение напряжения (фактор силы искажение) требующие конденсаторы или же регуляторы напряжения быть установленным.
Реконфигурация путем обмена функциональными связями между элементами системы представляет собой одну из наиболее важных мер, которые могут улучшить эксплуатационные характеристики системы распределения. Проблема оптимизации посредством реконфигурации системы распределения электроэнергии, с точки зрения ее определения, является исторически единственной объективной проблемой с ограничениями. С 1975 года, когда Мерлин и обратно представила идею реконфигурации системы распределения для снижения активных потерь мощности, до сих пор многие исследователи предлагали различные методы и алгоритмы для решения проблемы реконфигурации как единой объективной проблемы. Некоторые авторы предложили подходы, основанные на оптимальности по Парето (включая в качестве целей потери активной мощности и показатели надежности). Для этого использовались различные методы на основе искусственного интеллекта: микрогенетический, филиальная биржа, оптимизация роя частиц и сортировка без доминирования генетический алгоритм.
Сельские услуги
Электрификация сельской местности системы имеют тенденцию использовать более высокие напряжения распределения из-за больших расстояний, покрываемых линиями распределения (см. Управление электрификации сельских районов). Распределение напряжения 7,2, 12,47, 25 и 34,5 кВ распространено в США; 11 кВ и 33 кВ распространены в Великобритании, Австралии и Новой Зеландии; 11 кВ и 22 кВ распространены в ЮАР; 10, 20 и 35 кВ распространены в Китае. Иногда используются другие напряжения.
Сельские службы обычно стараются свести к минимуму количество столбов и проводов. В нем используются более высокие напряжения (чем в городских сетях), что, в свою очередь, позволяет использовать стальную оцинкованную проволоку. Прочная стальная проволока позволяет снизить расходы на широкое расстояние между полюсами. В сельской местности полюсный трансформатор может обслуживать только одного потребителя. В Новая Зеландия, Австралия, Саскачеван, Канада, и Южная Африка, Однопроводной возврат на землю системы (SWER) используются для электрификации отдаленных сельских районов.
Трехфазная сеть обеспечивает питание крупных сельскохозяйственных предприятий, нефтеперекачивающих установок, водопроводных станций или других потребителей, которые имеют большие нагрузки (трехфазное оборудование). В Северной Америке воздушные распределительные системы могут быть трехфазными, четырехпроводными с нулевым проводом. Сельская распределительная система может иметь длинные участки с одним фазным проводом и нейтралью.В других странах или в сельской местности нейтральный провод соединяется с землей, чтобы использовать его в качестве обратного (Однопроводной возврат на землю). Это называется необоснованным система.
Беспроводная передача
Передать и распределить ток по потребителям без использования проводов, это реалии наших дней. Об этом способе впервые задумался и воплотил его в жизнь Никола Тесла. На сегодняшний день ведутся разработки в этом направлении. Основных способов всего 3.
Катушками индуктивности является свернутый в спираль изолированный провод. Метод передачи тока состоит из 2 катушек, расположенных рядом друг с другом. Если подать электрический ток на одну из катушек, на второй появится магнитное возбуждение такого же напряжения. Любые изменения напряжения на катушке передатчике, изменятся на катушке приемнике. Подобный способ очень прост и имеет шансы на существование. Но есть и свои недостатки:
- нет возможности подать высокое напряжение и принять его, тем самым невозможно обеспечить напряжением несколько потребителей одновременно;
- невозможно передать электричество на большое расстояние;
- коэффициент полезного действия (КПД) подобного способа — всего 40 %.
На данный момент актуальны способы простого использования катушек, как источника и получателя энергии. Этим способом заряжают электрические самокаты и велосипеды. Есть проекты электромобилей без аккумулятора, но на встроенной катушке. Предлагается использовать дорожное покрытие в качестве источника, а машину в качестве приемника. Но себестоимость прокладки подобных дорог очень высокая.
Микроволны
Микроволны — специальные линии, имеющие длину в 12 сантиметров и частоту в 2,45 гигагерц, которые прозрачны для атмосферы. Вне зависимости от погоды, потеря энергии будет равна 5%. Вначале необходимо преобразование электротока в микроволны, потом их обнаруживание и возвращение в первое состояние. Первая проблема была решена благодаря постановке магнетрона, а вторая — благодаря ректенны или специальной антенны.
Микроволновая передача энергии
Передача электричества посредством лазера, представляет собой источник, преобразующий энергию электричества в лазерный луч. Луч фокусируется на приемник, который его преобразует обратно в электричество. Компания Laser Motive смогла передать при помощи лазера 0.5 Кв электрического тока, на расстояние в 1 км. При этом потеря напряжения и мощности составила 95 %.
Причиной потери стала атмосфера Земли. Луч многократно сужается при взаимодействии с воздухом. Также проблемой может стать обычное преломление луча случайными предметами. Подобный способ, без потери мощности, может быть актуальным только в космическом пространстве.
Силовые трансформаторы, Их виды и применение
«Сердце» подстанции – трансформатор. Именно он преобразует переменный ток и от него зависит направление работы всей установки, то есть понижение или повышение напряжения электроэнергии.
В зависимости от охлаждающей и изолирующей среды эти устройства делятся на масляные и сухие трансформаторы.
Оба вида установок широко распространены, однако чаще применяются масляные силовые трансформаторы. Они стабильно работают в диапазоне температур от -60 до +40. Такие устройства могут использоваться как внутри помещения, так и снаружи. Однако их применение предъявляет повышенные требования к окружающей среде: она не должна быть химически активной и взрывоопасной. Потому, в тех условиях, когда масляные применять нельзя, используют сухие трансформаторы.
Они более экологичны, экономически выгодны, обладают свойствами самоугасания при пожаре и не выделяют ядовитых газов. Применение сухих трансформаторов наиболее обосновано в тех местах, где к безопасности предъявляются жесткие требования: в метро, в аэропортах, на атомных электростанциях, нефтеперерабатывающих платформах и тому подобных.
КТП Бетонная | Комплектные одно- и двухтрансформаторные подстанции (КТП) бетонные
КОМПЛЕКТНАЯ ПОДСТАНЦИЯ В БЕТОННОМ КОРПУСЕ Комплектная двухтрансформаторная подстанция (2)КТП бетонная предназначена для снабжения электроэнергией городских и сельских потребителей, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Принимает энергию трехфазного переменного тока напряжением 20 кВ (максимально), частотой 50 Гц и преобразует ее до 0,4 кВ. Мощность 250-2500 кВА. Исполнение проходное или тупиковое.
Подстанции изготавливаются по ГОСТ 14 695-80 и имеют следующее обозначение: 2БКТП 250-10/0,4 У1(УХЛ1), где
2 – количество трансформаторов; БКТП – тип исполнения; 250 – мощность трансформатора, кВА; 10 – показатель высшего напряжения, кВ; 0,4 – показатель низшего напряжения, кВ; У1(УХЛ1) – климатические условия.
УСТРОЙСТВО КОМПЛЕКТНОЙ ПОДСТАНЦИИ Стационарная 2БКТП включает в себя один или два блока из монолитного железобетона, внутри которых находятся силовые трансформаторы и электротехническое оборудование. Аппаратура специально предназначена для работы в КТП. При использовании двух блоков бетонные корпуса-оболочки монтируются вплотную, для соединения сторон с высоким и низким напряжениями используется кабельная перемычка.
Блок КТП бетонной состоит из корпуса и съемной крыши. Такое решение облегчает установку и замену оборудования. Корпус разделен металлическими перегородками на три отсека: Для одного или двух силовых трансформаторов. Для УВН. Для РУНН.
В каждом из них устроено низковольтное (36 В) освещение, имеется розетка для включения дополнительного источника света. Доступ в отсеки для обслуживания оборудования осуществляется снаружи. В двери встроены жалюзи лабиринтного типа, исключающие попадание атмосферных осадков. При необходимости можно купить КТП бетонную для использования в жарком климате, трансформаторный отсек оснащается принудительной вентиляцией. Трансформатор установлен на подушки, гасящие вибрацию.
УСТАНОВКА КТП Габариты блока соответствуют правилам дорожного движения, для строповки имеются комплектные подъемные болты. Корпус (2)КТП бетонной устанавливается на дренажную подушку из песка или щебня (не менее 350 мм) с заглублением на 600 мм. Нестойкие грунты требуют размещения корпуса подстанции на железобетонной плите. В основании блока имеются приямки для ввода-вывода кабелей, размещения их под отсеками. УСЛОВИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Эксплуатируется подстанция на основании инструкции изготовителя и ПУЭ. Срок работы продолжительный, не менее 25 лет при своевременном проведении ТО. Использование КТП бетонной не предусматривается в следующих случаях: При высоте более 1000 м. В агрессивных средах и при влажности более 80% при 20°С. При скорости ветра свыше 36 м/сек. Эксплуатация на подвижных установках.
Опыт последних лет показал, что блочные подстанции наиболее полно отвечают современным требованиям гражданского и промышленного строительства. Возможность купить КТП бетонную в необходимой заводской комплектации, быстрота монтажа и подключения, удачный дизайн сделали эту модель наиболее востребованной.
Первичное распространение [ править ]
Первичные распределительные напряжения находятся в диапазоне от 4 кВ до 35 кВ между фазами (от 2,4 кВ до 20 кВ между фазами и нейтралью) Только крупные потребители получают питание непосредственно от распределительных напряжений; большинство потребителей коммунальных услуг подключены к трансформатору, который снижает напряжение распределения до низкого «напряжения использования», «напряжения питания» или «напряжения сети», используемого в системах освещения и внутренней проводки.
Сетевые конфигурации править
Подстанция возле Йеллоунайфа , на северо-западных территориях Канады
Распределительные сети делятся на два типа: радиальные и сетевые. Радиальная система устроена как дерево, где у каждого покупателя есть один источник поставок. Сетевая система имеет несколько источников питания, работающих параллельно. Точечные сети используются для сосредоточенных нагрузок. Радиальные системы обычно используются в сельской или загородной местности.
Радиальные системы обычно включают аварийные соединения, где система может быть переконфигурирована в случае проблем, таких как неисправность или плановое обслуживание. Это можно сделать, открывая и закрывая переключатели, чтобы изолировать определенный участок от сети.
На длинных фидерах наблюдается падение напряжения ( искажение коэффициента мощности ), что требует установки конденсаторов или регуляторов напряжения .
Реконфигурация путем обмена функциональными связями между элементами системы представляет собой одну из наиболее важных мер, которые могут улучшить эксплуатационные характеристики системы распределения. Проблема оптимизации посредством реконфигурации системы распределения электроэнергии, с точки зрения ее определения, является исторически единственной объективной проблемой с ограничениями. С 1975 года, когда Мерлин и Бэк представила идею реконфигурации системы распределения для снижения активных потерь мощности, до настоящего времени многие исследователи предлагали различные методы и алгоритмы для решения проблемы реконфигурации как единой объективной проблемы. Некоторые авторы предложили подходы, основанные на оптимальности по Парето (включая в качестве целей потери активной мощности и показатели надежности). Для этого использовались различные методы, основанные на искусственном интеллекте: микрогенетика, обмен ветвями, оптимизация роя частиц и генетический алгоритм недоминируемой сортировки .
Сельские службы править
В системах электрификации сельских районов , как правило, используются более высокие напряжения распределения из-за более длинных расстояний, покрываемых распределительными линиями (см. Управление электрификации сельских районов ). Распределение напряжения 7,2, 12,47, 25 и 34,5 кВ распространено в США; 11 кВ и 33 кВ распространены в Великобритании, Австралии и Новой Зеландии; 11 кВ и 22 кВ распространены в ЮАР; 10, 20 и 35 кВ распространены в Китае. Иногда используются другие напряжения.
Сельские службы обычно стараются минимизировать количество столбов и проводов. В нем используются более высокие напряжения (чем в городских сетях), что, в свою очередь, позволяет использовать стальную оцинкованную проволоку. Прочная стальная проволока позволяет сократить расходы на широкое расстояние между полюсами. В сельской местности полюсный трансформатор может обслуживать только одного потребителя. В Новой Зеландии , Австралии , Саскачеван, Канада и Южная Африка , однопроводный возвратные земля системы (SWER) используются электрифицировать отдаленные сельские районы.
Трехфазная сеть обеспечивает питание крупных сельскохозяйственных объектов, нефтеперекачивающих установок, водопроводных станций или других потребителей с большими нагрузками (трехфазное оборудование). В Северной Америке воздушные распределительные сети могут быть трехфазными, четырехпроводными с нулевым проводом. Сельская распределительная система может иметь длинные участки с одним фазным проводом и нейтралью.
В других странах или в сельской местности нейтральный провод соединяется с землей, чтобы использовать его в качестве обратной связи ( однопроводной заземляющий провод ). Это называется незаземленной звездообразной системой.
Трансформаторные подстанции
Для преобразования напряжения одной величины в другую служат трансформаторные подстанции. Они представляют собой огороженный забором объект, имеющий на своей территории трансформатор. Внутри него располагаются первичная и вторичная обмотки (катушки). Их электромагнитное взаимодействие позволяет с большим КПД преобразовывать энергию. На подстанцию заходят воздушные линии или кабеля с одним напряжением, а выходят с другим, как правило, более низким.
Понижающий трансформатор
Там же располагаются всевозможные системы контроля и учёта электроэнергии и распределительное устройство (РУ). Оно предназначено для связи с другими объектами энергосистемы и является неотъемлемой частью трансформаторной подстанции. РУ позволяет отключить отдельного потребителя по стороне низкого напряжения, не обесточивая при этом всех остальных.
Категории надежности электроснабжения
ПУЭ определяет следующие категории надежности для электроприемников: категория — электроприемники, для которых перерыв электроснабжения может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение ценного оборудования, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Электроприемники I категории надежности должны обеспечиваться питанием от двух независимых взаимно резервируемых источников электроэнергии. Перерыв от одного из источников электроэнергии допускается на время автоматического переключения на резервный источник. Особая группа I категории — электроприемники, которые должны быть обеспечены питанием для безаварийного останова производства с целью: предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров, повреждения ценного оборудования. Для особой группы I категории надежности должно быть обеспечено электропитание дополнительно от третьего источника местные электростанции, электростанции энергосистемы, аккумуляторные батареи, специальные агрегаты бесперебойного питания (АПБ)]. При определении степени резервирования электроприемников I категории ПУЭ рекомендуют рассматривать возможность и целесообразность применения резервных технологических агрегатов. категория — электроприемники, для которых перерыв в электроснабжении приводит к массовому недоотпуску продукции, длительным простоям рабочих, механизмов, транспорта и к нарушению нормальной деятельности значительного числа городских и сельских жителей. Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников. Перерывы в электроснабжении по II категории допустимы на время, необходимое для ручного переключения на резервный источник дежурным персоналом предприятия или выездной оперативной бригадой. Допускается питание электроприемников II категории по одной воздушной линии (ВЛ), в том числе с кабельной вставкой, состоящей из двух кабелей, каждый из которых выбирают по наибольшему току ВЛ. Допускается также питание электроприемников II категории по одной кабельной линии, состоящей из двух параллельных кабелей, каждый из которых выбирают на полную проектную мощность. При этом оба кабеля могут быть присоединены к одному аппарату. При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены поврежденного трансформатора в течение не более 24 ч допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора. III категория — все остальные электроприемники, не подходящие под определение I и II категорий. Практика показала, что иногда имеет место неправильное толкование термина «допускается», принятого ПУЭ. Терминологией, принятой ПУЭ, следует руководствоваться с учетом указаний и. 1.1.17, где термин «допускается» означает, что данное решение принимается в виде исключения как вынужденное (стесненные условия, невозможность получения требуемого оборудования). Допустимые уровни отклонений и колебаний напряжения и частоты тока установлены ГОСТ 13109-87. Допустимые отклонения напряжения на зажимах электродвигателей должны быть в пределах ±5 % номинального значения. Снижение напряжения у наиболее удаленных ламп рабочего освещения, а также у прожекторов наружного освещения не должно превышать 2,5 % от номинального значения. В жилых домах и в системе аварийного освещения снижение напряжения допустимо не более 5 %. В аварийном режиме снижение напряжения на лампах освещения не должно быть более 12 %. Во всех случаях наибольшее напряжение на лампах не должно быть выше 5 % от номинального значения во избежание значительного сокращения срока службы ламп.
Вперед
