1.1. Джерела електричної енергії

Основним принципом розвитку електрифікації є створення об'єднаних енергетичних систем.

Енергетична система — це об'єднання паралельно працюючих електростанцій єдиною високовольтною мережею електропередачі із загальним режимом роботи, диспетчеризацією і загальним резервом. Введення енергетичної системи підвищує економічну ефективність електроустановок, дозволяє повніше використовувати енергетичні ресурси і потужність електростанцій, а також зменшує число резервних агрегатів. Унаслідок наявності великого числа годинних поясів енергетичні системи набувають особливо важливого значення.

Основні задачі, що стоять перед електроенергетиками, - збільшення будівництва нових електроенергетичних установок, скорочення термінів будівництва, зменшення питомих витрат при будівництві, скорочення питомих витрат палива. Зокрема, в розвитку електроенергетики передбачається тривалість формування єдиної системи електроенергії країни із застосуванням міжсистемних ліній електропередачі з напругою 500, 750, 1150 кВ змінного струму і 1500 кВ постійного струму [22].

Лінії електропередач постійного струму мають випростану установку - в головній частині і інверторну - в кінцевій частині. Інверторна установка перетворює постійний струм, в трифазний, нормальної частоти.

Лінії електропередачі постійного струму, не дивлячись на відносну складність, економічно виправдані внаслідок високої надійності, скорочення часу ремонтних робіт.

Електростанції, що виробляють електроенергію, можуть бути теплові, що працюють на торфі, нафті, газі і кам'яному вугіллі; атомні, які використовують енергію атомних реакторів, і гідростанції, що працюють за рахунок енергії падаючої маси води.

Теплові електростанції з паровими турбінами бувають конденсаційними і теплофікаційними.

Конденсаційна паротурбінна електростанція (КЕС) складається з турбіни, в яку подають з казана пар, який спотворює механічну роботу обертання турбіни і генератора, при цьому виробляє електроенергію трифазного змінного струму.

Паротурбінні теплофікаційні електростанції — електроцентралі (ТЕЦ) — забезпечують довколишні підприємства електроенергією, парою і гарячою водою.

Пара для потреб теплофікації відводиться від проміжних ступенів турбіни, при цьому частина його може подаватися безпосередньо на промислові підприємства, інша частина поступає у водопідігрівач для отримання гарячої води теплофікації. Після теплофікаційного водопідігрівача конденсат води прямує в живильний бак.

Атомні електростанції (АЕС) використовують енергію атомних реакторів, в яких як ядерне пальне застосовують один з ізотопів урану і торія. Атомні електростанції за своєю суттю відносяться до теплових електростанцій, оскільки пар, що утворюється в казані за рахунок його нагріву реактором, обертає турбіну і генератор, який виробляє змінний електричний струм.

Слід зазначити, що запаси тільки урану містять в 20—40 разів більше енергії, ніж розвідані запаси вугілля і нафти: 1 кг урану еквівалентний 2000 т вугілля і може дати 20 млн. кВттод. електричної енергії.

Обмежені паливні ресурси земних надр примусили вчених шукати нові способи отримання електроенергії. Зараз фізики всього світу працюють над отриманням енергії, що виділяється при злитті ядер легких елементів.

Гідроелектростанції (ГЕС) використовують натиск води, що створений перепадами її між верхнім і нижнім рівнями (б'єфами).

Потужність гідроелектростанції залежить від висоти падіння і кількості води, що протікає через турбіну за одиницю часу.

Гідроелектростанції, що побудовані на гірських річках при порівняно невеликій витраті води, але великій висоті падіння, що доходить до 400 м, ці станції бувають достатньо могутніми. На Україні працює така ГЕС в м. Запоріжжі.

Коефіцієнт корисної дії ГЕС складає близько 80—90% [22]. Унаслідок відсутності витрат на паливо собівартість електроенергії ГЕС у декілька разів менше ніж теплових електростанцій.

З метою полегшення роботи основних електростанцій в години максимуму навантаження іноді застосовують гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС). Ці станції мають верхній і нижній водні басейни. На станції встановлені оборотні генератори з насосами, які в періоди спаду навантаження подають воду з нижнього басейну до верхнього, а в години максимуму навантаження - виробляють електроенергію.

Тривалий час учені СНД, США і Великобританії працювали над принципово новими способами отримання електроенергії в магнітогідрогенераторах за рахунок виділення енергії при злитті ядер легких хімічних елементів при високій температурі.

Радянські учені першими у світі в розробленій ними установці «Токомак» в 1968 р. нагрівали водневу плазму до температури +10 млн. градусів за Цельсієм.

Отримання електроенергії в магнітогідрогенераторах на відміну від існуючих теплоелектростанцій не вимагає використання природних паливних ресурсів.

Іншим перспективним науковим напрямом є отримання провідників електричного струму, що мають надпровідність. Такі провідники при малому їх перетині дозволяють значно понижати втрати електроенергії.

У даний час у всьому світі поширені такі джерела електричної енергії, як вітряні, сонячні батареї та інші.

Усі вони спрямовані на зменшення собівартості енергії, яку виробляють, з мінімальними витратами природних ресурсів.

Більшість електростанцій працюють на загальну енергосистему, від якої живляться промислові, транспортні й інші підприємства.

Електричною системою називають частину енергосистеми, що об'єднує генератори, розподільні пристрої і лінії електропередачі. Основними елементами будь-якої електричної системи є електростанції. Електроенергія всередині системи розподіляють за напругою 35, 110 або 220 кВ.

На внутрішніх підстанціях електричної системи для підвищення коефіцієнта потужності встановлюють синхронні компенсатори (СК).

Для живлення відносно дрібних споживачів (наприклад, тягових підстанцій), в системі застосовують розподільні пункти (РП), які від підстанцій відрізняються тим, що не мають трансформаторів.

Трифазна електрична система (напругою вище 1000 В) може виконуватися в трьох варіантах: з ізольованою нейтраллю; з нейтраллю, що заземлена через дугогасильні котушки (компенсовані системи), і з глухозаземленою нейтраллю.

Система з ізольованою нейтраллю має вищу надійність роботи, оскільки однофазні замикання "на землю", що становлять близько 75% загального числа пошкоджень, не відображаються на роботі споживачів. Ці системи характеризуються малими струмами замикання на землю і не вимагають негайного відключення. Проте, при замиканні однієї фази "на землю" напруга інших фаз щодо землі підвищується в разі, що може викликати повторне замикання "на землю".

Коротка історія розвитку тягових підстанцій, як і розвиток міського електричного транспорту (МЕТ), тісно пов'язана з прогресом в області розвитку перетворюючої техніки. Перший в Росії трамвай поїхав Києва в 1892 р. Він живився від генераторів постійного струму (динамомашин).

У Москві в 1903 р. для живлення трамвая були використані умформери (одноякірні перетворювачі). Їх вмикали до трифазної мережі 10 кВ з частотою 25 Гц через трансформатори. Не дивлячись на необхідність в додаткових

пристроях для перетворення трифазного струму частотою 50 Гц в 25 Гц, це був значний крок у розвитку тягових підстанцій.

Вітчизняна промисловість в 1930 р. спочатку випускала ртутні випрямлячі (РВ). Ці перетворювачі по відношенню до умформерів володіли значними перевагами. Вони не вимагали перетворення трифазного струму частотою 50 Гц в 25 Гц, були дешевшими умформерів, менших габаритних розмірів, простіші в експлуатації. Але наявність в РВ ртуті забруднювала повітря машинного залу, особливо підчас їх ремонту.

Наступним етапом в розвитку перетворюючої техніки з'явилося впровадження вітчизняних напівпровідникових випрямлячів (МЕІ). в 1965 р. Цей вид випрямлячів по відношенню до РВ володів ще більшими перевагами; дозволяв легко здійснювати автоматизацію підстанцій, був простий і надійний в експлуатації. Первинні типи напівпровідникових випрямлячів були ще дещо громіздкими, оскільки мали примусове повітряне (вентилятор) охолоджування і великі шафи захисту від перенапруження.

Надалі ці недоліки були усунені. Сучасний напівпровідниковий (кремнієвий) випрямляч за надійністю не відрізняється від трансформатора.

Надалі стали застосовувати керовані випрямлячі (тиристорні). Вони забезпечували швидке відключення зовнішнього струму короткого замикання (к. з.) і могли застосовуватися на підстанціях без громіздких вимикачів постійного струму, в яких при відключенні навантаження і к.з. виникає відкрита електрична дуга.

Живлення тягових підстанцій електроенергією забезпечується кабельними лініями напругою 6 або 10 кВ, приєднуваними до розподільного пристрою вищої напруги.

Розподільний пристрій служить для прийому і розподілу електроенергії. Він складається із збірних шин, оперативних і захисних апаратів, вимірювальних приладів і допоміжних апаратів. До розподільного пристрою приєднані перетворювальні агрегати і трансформатори власних потреб (ВП).

Зараз уже експлуатуються нові типи трансформаторів («сухі»); випрямлячів; розмикачів; високовольтних вимикачів; швидкодіючих вимикачів постійного струму і інші.

Перетворювальні агрегати складаються з перетворювальних трансформаторів і випрямлячів.

Електроенергія випрямленого струму через розподільний пристрій постійного струму з позитивних і негативних шин поступає в тягову мережу для живлення електричного рухомого складу.

Навантаження на збірних шинах ТП не залишається постійним, оскільки безперервно змінюється число потягів, що курсують в районі підстанції, а також струм, споживаний кожним потягом.

Струм змінюється залежно від опору руху потягу, профілю і пролягання шляху, наповнення вагона пасажирами, виду з'єднання тягових двигунів.

Внаслідок цього миттєве значення сумарного струму на збірних шинах ТП постійно змінюється (рис.1.1). Змінюється навантаження на шинах ТП і за годинами доби (рис.1.2), [1].

Система електропостачання — сукупність пристроїв, що призначені для прийому, перетворення і розподілу електроенергії, яку споживає рухомий склад. Система електропостачання може бути централізованою і децентралізованою.

Централізована система електропостачання — система, в якій кожна тягова підстанція живить великий район контактної мережі по багатьох кабелях.

Децентралізована система електропостачання — система, як правило, з двома плюсовими і двома мінусовими кабелями, що виводяться на контактну мережу, кожна секція якої живиться з двох сторін від двох тягових підстанцій.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я