Dystrybucja energii elektrycznej: podstacje, niezbędny sprzęt, warunki dystrybucji, zastosowanie, zasady rozliczania i kontroli

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Jak przebiega dystrybucja energii elektrycznej i jej przesył z głównego źródła zasilania do konsumenta? Kwestia ta jest dość skomplikowana, ponieważ źródłem jest podstacja, która może znajdować się w znacznej odległości od miasta, ale energia musi być dostarczana z maksymalną wydajnością. Ten problem należy rozważyć bardziej szczegółowo.

Ogólny opis procesu

Jak wspomniano wcześniej, pierwotnym obiektem, z którego zaczyna się dystrybucja energii elektrycznej, jest dziś elektrownia. Obecnie istnieją trzy główne typy stacji, które mogą zaopatrywać odbiorców w energię elektryczną. Może to być elektrownia cieplna (TPP), elektrownia wodna (HPP) i elektrownia jądrowa (NPP). Oprócz tych podstawowych typów istnieją również stacje słoneczne lub wiatrowe, jednak są one wykorzystywane do bardziej lokalnych celów.

Te trzy typy stacji są zarówno źródłem, jak i pierwszym punktem dystrybucji energii elektrycznej. DoAby przeprowadzić taki proces jak przesył energii elektrycznej, konieczne jest znaczne podwyższenie napięcia. Im dalej znajduje się konsument, tym wyższe powinno być napięcie. Tak więc wzrost może osiągnąć nawet 1150 kV. Aby zmniejszyć natężenie prądu, konieczne jest zwiększenie napięcia. W tym przypadku opór w przewodach również spada. Efekt ten pozwala na przesyłanie prądu przy najmniejszych stratach mocy. W celu podwyższenia napięcia do żądanej wartości każda stacja posiada transformator podwyższający napięcie. Po przejściu przez sekcję z transformatorem prąd elektryczny jest przesyłany liniami energetycznymi do centralnego węzła dystrybucyjnego. PIU to centralna stacja dystrybucyjna, w której energia elektryczna jest dystrybuowana bezpośrednio.

Ogólny opis bieżącej ścieżki

Takie obiekty jak centralne centrum dystrybucyjne znajdują się już w bliskiej odległości od miast, wsi itp. Tutaj ma miejsce nie tylko dystrybucja, ale także spadek napięcia do 220 lub 110 kV. Następnie energia elektryczna jest przesyłana do podstacji znajdujących się już w mieście.

Podczas przechodzenia przez tak małe podstacje napięcie spada ponownie, ale do 6-10 kV. Następnie przesył i dystrybucja energii elektrycznej odbywa się poprzez punkty transformatorowe zlokalizowane w różnych częściach miasta. Warto również zauważyć, że przesył energii w obrębie miasta do podstacji transformatorowej nie odbywa się już za pomocą linii energetycznych, ale za pomocą ułożonych kabli podziemnych. Jest to znacznie bardziej celowe niż korzystanie z linii energetycznych. Punkt transformatora jest ostatnim obiektem włączonymw którym ma miejsce dystrybucja i przesył energii elektrycznej oraz jej redukcja po raz ostatni. W takich obszarach napięcie jest obniżane do znanego już 0,4 kV, czyli 380 V. Następnie jest przenoszone do prywatnych, wielopiętrowych budynków, spółdzielni garażowych itp.

Krótko mówiąc, droga przesyłu jest w przybliżeniu następująca: źródło energii (elektrownia 10 kV) - transformator podwyższający napięcie do 110-1150 kV - linia elektroenergetyczna - podstacja z transformatorem obniżającym napięcie - punkt transformatorowy ze spadkiem napięcia do 10 0,4 kV - odbiorcy (sektor prywatny, budynki mieszkalne itp.)

Funkcje procesu

Wytwarzanie i dystrybucja energii elektrycznej, a także proces jej przesyłania ma ważną cechę – wszystkie te procesy mają charakter ciągły. Innymi słowy, produkcja energii elektrycznej zbiega się w czasie z procesem jej zużycia, dlatego też elektrownie, sieci i odbiorniki łączy takie pojęcie, jak tryb wspólny. Ta właściwość powoduje konieczność zorganizowania systemów energetycznych w celu zwiększenia wydajności produkcji i dystrybucji energii elektrycznej.

Tutaj bardzo ważne jest, aby zrozumieć, czym jest taki system energetyczny. Jest to zbiór wszystkich stacji, linii energetycznych, podstacji i innych sieci ciepłowniczych, które są połączone taką właściwością, jak wspólny tryb, a także pojedynczym procesem wytwarzania energii elektrycznej. Ponadto procesy przekształceń i dystrybucji w tych obszarach prowadzone są w ramachuruchamianie całego systemu.

Główną jednostką roboczą w takich systemach jest instalacja elektryczna. To urządzenie jest przeznaczone do produkcji, konwersji, przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej. Energia ta jest odbierana przez odbiorniki elektryczne. Jeśli chodzi o same instalacje, w zależności od napięcia roboczego dzielą się na dwie klasy. Pierwsza kategoria pracuje z napięciami do 1000 V, a druga wręcz przeciwnie, z napięciami od 1000 V i powyżej.

Ponadto istnieją również specjalne urządzenia do odbioru, przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej - rozdzielnica (RU). Jest to instalacja elektryczna, na którą składają się takie elementy konstrukcyjne jak prefabrykowane i łączące szyny zbiorcze, urządzenia łączeniowe i zabezpieczające, automatyka, telemechanika, przyrządy pomiarowe i urządzenia pomocnicze. Jednostki te są również podzielone na dwie kategorie. Pierwszym z nich są urządzenia otwarte, które można obsługiwać na zewnątrz, oraz zamknięte, których używa się tylko wtedy, gdy znajdują się wewnątrz budynku. Jeśli chodzi o działanie takich urządzeń na terenie miasta, w większości przypadków jest to druga opcja, która jest wykorzystywana.

Jedną z ostatnich granic systemu przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej jest podstacja. Jest to obiekt składający się z rozdzielnic do 1000 V i od 1000 V oraz transformatorów mocy i innych urządzeń pomocniczych.

Rozważenie schematu dystrybucji energii

Przyjrzeć się bliżej procesowi produkcji, przesyłu i dystrybucjienergii elektrycznej, jako przykład można wziąć schemat blokowy dostaw energii elektrycznej do miasta.

W tym przypadku proces zaczyna się od tego, że generatory w państwowej elektrowni okręgowej (państwowej elektrowni regionalnej) wytwarzają napięcie 6, 10 lub 20 kV. W przypadku takiego napięcia nie jest opłacalne przesyłanie go na odległość większą niż 4-6 km, ponieważ wystąpią duże straty. W celu znacznego zmniejszenia strat mocy w linii przesyłowej znajduje się transformator mocy, który ma na celu zwiększenie napięcia do takich wartości jak 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 kV. Wartość jest wybierana w zależności od odległości konsumenta. Po nim następuje punkt obniżenia energii elektrycznej, który przedstawiany jest w postaci podstacji obniżającej napięcie zlokalizowanej na terenie miasta. Napięcie zostaje zredukowane do 6-10 kV. Warto w tym miejscu dodać, że taka podstacja składa się z dwóch części. Pierwsza część typu otwartego jest zaprojektowana na napięcie 110-220 kV. Druga część jest zamknięta, zawiera urządzenie do dystrybucji energii (RU), zaprojektowane na napięcie 6-10 kV.

Odcinki schematu dostaw energii elektrycznej

Poza wymienionymi wcześniej urządzeniami w skład systemu zasilania energetycznego wchodzą również takie obiekty jak: linia kablowa zasilająca - PKL, linia kablowa dystrybucyjna - RKL, linia kablowa o napięciu 0,4 kV - KL, typ wejścia rozdzielczego w budynku mieszkalnym - ASU, główna podstacja obniżająca w zakładzie - GPP, szafa rozdzielcza lub rozdzielnicaurządzenie centrali sterowniczej, zlokalizowane w warsztacie i przeznaczone do napięcia 0,4 kV.

Również w obwodzie może znajdować się taka sekcja jak centrum mocy - procesor. Należy tutaj zauważyć, że obiekt ten może być reprezentowany przez dwa różne urządzenia. Może to być rozdzielnica napięcia wtórnego w podstacji obniżającej napięcie. Ponadto będzie zawierał również urządzenie, które będzie pełnić funkcje regulacji napięcia i jego późniejszej dostawy do odbiorców. Druga wersja to transformator do przesyłu i rozdziału energii elektrycznej lub rozdzielnica napięcia generatora bezpośrednio przy elektrowni.

Warto zauważyć, że procesor jest zawsze podłączony do punktu dystrybucji RP. Linia łącząca te dwa obiekty nie posiada dystrybucji energii elektrycznej na całej swojej długości. Takie linie są zwykle nazywane liniami kablowymi.

Dziś takie urządzenia jak KTP - kompletna stacja transformatorowa - mogą być stosowane w sieci elektroenergetycznej. Składa się z kilku transformatorów, urządzenia rozdzielczego lub wejściowego, zaprojektowanego do pracy z napięciem 6-10 kV. W zestawie znajduje się również rozdzielnica na 0,4 kV. Wszystkie te urządzenia są połączone ze sobą przewodami prądowymi, a zestaw dostarczany jest gotowy lub gotowy do montażu. Odbiór i dystrybucja energii elektrycznej może odbywać się również na wysokich konstrukcjach lub na wieżach elektroenergetycznych. Takie konstrukcje nazywane są podstacjami transformatorowymi słupowymi lub masztowymi.(ITP).

Odbiorniki elektryczne pierwszej kategorii

Obecnie istnieją trzy kategorie odbiorników elektrycznych, które różnią się stopniem niezawodności.

Pierwsza kategoria odbiorników elektrycznych obejmuje te obiekty, w przypadku których awaria zasilania powoduje poważne problemy. Do tych ostatnich należą: zagrożenie życia ludzkiego, poważne szkody dla gospodarki narodowej, uszkodzenie drogiego sprzętu z grupy głównej, produkty wadliwe masowo, zniszczenie ustalonego procesu technologicznego wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej, możliwe zakłócenie w eksploatacji ważnych elementów użyteczności publicznej. Do takich odbiorników elektrycznych należą budynki o dużym natężeniu ludzi, np. teatr, supermarket, dom towarowy itp. Do tej grupy należy również transport zelektryfikowany (metro, trolejbus, tramwaj).

Jeśli chodzi o dostawy energii elektrycznej do tych konstrukcji, muszą być one zasilane energią elektryczną z dwóch niezależnych od siebie źródeł. Odłączenie od sieci takich budynków jest dozwolone tylko na okres, w którym zostanie uruchomione rezerwowe źródło zasilania. Innymi słowy, system dystrybucji energii musi zapewniać szybkie przejście z jednego źródła do drugiego w sytuacji awaryjnej. W tym przypadku za niezależne źródło zasilania uważa się takie, na którym napięcie pozostanie, nawet jeśli zaniknie na innych źródłach zasilających ten sam odbiornik elektryczny.

Pierwsza kategoria obejmuje również urządzenia, które muszą być zasilane jednocześnie z trzech niezależnych źródeł. To szczególna grupa, której praca musi być zapewniona w sposób nieprzerwany. Oznacza to, że odłączenie od zasilania nie jest dozwolone nawet na czas włączenia źródła awaryjnego. Najczęściej do tej grupy należą odbiorniki, których awaria pociąga za sobą zagrożenie dla życia ludzkiego (wybuch, pożar itp.).

Odbiorniki drugiej i trzeciej kategorii

Systemy dystrybucji energii elektrycznej z podłączeniem drugiej kategorii odbiorników elektrycznych obejmują takie urządzenia, że po wyłączeniu zasilania nastąpi masowy przestój mechanizmów roboczych i transportu przemysłowego, niedobór produktów, a także zakłócenia działalności masowej liczby osób mieszkających zarówno na terenie miasta, jak i poza nim. Do tej grupy odbiorników elektrycznych należą budynki mieszkalne powyżej 4 piętra, szkoły i szpitale, elektrownie, których awaria zasilania nie spowoduje awarii drogiego sprzętu, a także inne grupy odbiorców energii elektrycznej o łącznym obciążeniu 400 do 10 000 kV.

Dwie niezależne stacje powinny działać jako źródła energii w tej kategorii. Ponadto, odłączenie od głównego źródła zasilania tych obiektów jest dozwolone do czasu, gdy personel dyżurny uruchomi źródło zapasowe lub zrobi to zespół pracowników w najbliższej stacji zasilania.

Jeśli chodzi o trzecią kategorię odbiorników, to doposiadają wszystkie pozostałe urządzenia, które mogą być zasilane tylko przez 1 zasilacz. Ponadto odłączenie od sieci takich odbiorników jest dozwolone na okres naprawy lub wymiany uszkodzonego sprzętu na okres nie dłuższy niż jeden dzień.

Główny schemat dostaw i dystrybucji energii elektrycznej

Kontrolę dystrybucji energii elektrycznej i jej przesyłu od źródła do odbiorcy trzeciej kategorii w obrębie miasta najłatwiej przeprowadza się za pomocą promieniowego schematu ślepego zaułka. Taki schemat ma jednak jedną istotną wadę, a mianowicie, że w przypadku awarii jednego elementu systemu wszystkie odbiorniki podłączone do takiego schematu pozostaną bez zasilania. Będzie to trwało do momentu wymiany uszkodzonej części łańcucha. Ze względu na tę wadę nie zaleca się stosowania takiego schematu przełączania.

Jeśli mówimy o podłączeniu i dystrybucji energii dla odbiorników drugiej i trzeciej kategorii, to tutaj możesz użyć schematu pierścieniowego. Przy takim połączeniu, w przypadku awarii jednej z linii zasilających, można przywrócić zasilanie wszystkich podłączonych do takiej sieci odbiorników w trybie ręcznym, jeśli wyłączymy zasilanie z głównego źródła i uruchomimy zapasowe. Obwód pierścieniowy różni się od obwodu promieniowego tym, że ma specjalne sekcje, na których odłączniki lub przełączniki są w trybie wyłączenia. Jeśli główne źródło zasilania jest uszkodzone, można je włączyć w celu przywrócenia zasilania, ale z linii zapasowej. Będzie też służyćto dobra zaleta w przypadku konieczności przeprowadzenia jakichkolwiek napraw na głównej linii. Przerwa w zasilaniu takiej linii jest dozwolona przez okres około dwóch godzin. Ten czas wystarczy, aby wyłączyć uszkodzone główne źródło zasilania i podłączyć kopię zapasową do sieci, aby rozprowadzała prąd.

Istnieje jeszcze bardziej niezawodny sposób podłączenia i dystrybucji energii - jest to schemat z równoległym połączeniem dwóch linii zasilających lub wprowadzeniem automatycznego podłączenia źródła zapasowego. Przy takim schemacie uszkodzona linia zostanie odłączona od ogólnego systemu dystrybucyjnego za pomocą dwóch wyłączników umieszczonych na każdym końcu linii. Dostawa energii elektrycznej w tym przypadku będzie realizowana w trybie nadal nieprzerwanym, ale już za pośrednictwem drugiej linii. Ten schemat dotyczy odbiorników drugiej kategorii.

Schematy dystrybucji dla pierwszej kategorii odbiorców

Jeśli chodzi o dystrybucję energii do zasilania odbiorników pierwszej kategorii, w tym przypadku konieczne jest połączenie z dwóch niezależnych centrów zasilania jednocześnie. Ponadto takie schematy często wykorzystują nie jeden punkt dystrybucji, ale dwa, a automatyczny system zasilania awaryjnego jest zawsze zapewniony.

W przypadku odbiorników elektrycznych należących do pierwszej kategorii, na wejściowych urządzeniach rozdzielczych instalowane jest automatyczne przełączanie na zasilanie rezerwowe. Przy takim układzie połączeń dystrybucja prądu elektrycznegoodbywa się za pomocą dwóch linii elektroenergetycznych, z których każda charakteryzuje się napięciem do 1 kV, a także jest podłączona do niezależnych transformatorów.

Inne schematy dystrybucji i zasilania odbiorników

Aby jak najefektywniej rozprowadzać energię elektryczną do odbiorników drugiej kategorii, można zastosować obwód z zabezpieczeniem nadprądowym dla jednego lub dwóch RP, a także obwód z automatycznym zasilaniem awaryjnym. Jest tu jednak pewien wymóg. Schematy te mogą być stosowane tylko wtedy, gdy koszt zasobów materiałowych do ich rozmieszczenia nie wzrośnie o więcej niż 5% w porównaniu z aranżacją ręcznego przejścia na zapasowe źródło zasilania. Ponadto konieczne jest wyposażenie takich odcinków w taki sposób, aby jedna linia mogła przejąć obciążenie od drugiej, z uwzględnieniem krótkotrwałego przeciążenia. Jest to konieczne, ponieważ w przypadku awarii jednego z nich rozkład całego napięcia zostanie przeniesiony na pozostałe.

Istnieje dość powszechny schemat połączeń i dystrybucji wiązki. W takim przypadku jeden punkt dystrybucji będzie zasilany przez dwa różne transformatory. Do każdego z nich podłączony jest kabel, którego napięcie nie przekracza 1000 V. Każdy z transformatorów wyposażony jest również w jeden stycznik, który ma za zadanie samoczynnie przełączać obciążenie z jednego zasilacza na drugi, jeśli którykolwiek z nich napięcie zniknie.

Podsumowując niezawodność sieci, jest to jedno z najważniejszych wymagań, które należy spełnićzapewnić, że dystrybucja energii nie zostanie przerwana. Aby osiągnąć maksymalną niezawodność, konieczne jest nie tylko stosowanie najbardziej odpowiednich schematów dostaw dla każdej kategorii. Istotny jest również dobór odpowiednich marek kabli, a także ich grubości i przekroju, z uwzględnieniem ich nagrzewania i strat mocy podczas przepływu prądu. Ważne jest również przestrzeganie zasad eksploatacji technicznej i technologii wykonywania wszelkich prac elektrycznych.

Na podstawie powyższego możemy stwierdzić, że urządzenie do odbioru i dystrybucji energii elektrycznej, a także dostarczania jej ze źródła do odbiorcy końcowego lub odbiorcy, nie jest tak skomplikowanym procesem.