14.5. Электроснабжение населенных пунктов

Электроснабжение – это совокупность мероприятий по обеспечению электроэнергией различных потребителей. Комплекс инженерных сооружений, осуществляющих задачи электроснабжения, называется системой электроснабжения (энергоснабжения). Этот комплекс состоит из сооружений, в которых установлены электрогенераторы, трансформаторы, выключатели, линии электропередач (ЛЭП), электроподстанции, трансформаторные киоски, аппаратура подключения и защиты.

В энергоснабжении городов и населенных пунктов, селений используются два вида электрического тока – постоянный и переменный.

Постоянный ток используется на городском электротранспорте (трамваи, троллейбусы, электропоезда) и ряде производств. Вырабатывается генераторами постоянного тока, а также за счет преобразования переменного тока специальными аппаратами (преобразователями), в том числе тиристорными.

Электрогенераторы, работающие с гидротурбинами, называются гидрогенераторами, а те, что работают с паровыми турбинами – турбогенераторами. Напряжение, вырабатываемое гидрогенератором – от 6 до 16 кВ. Мощность гидрогенераторов до 650 МВт. Турбогенераторы выпускаются мощностью до 1200 МВт, напряжением от 400 В до 27 кВ.

Ток, вырабатываемый гидрогенераторами и турбогенераторами на гидростанциях, атомных и тепловых электростанциях, подается в единую энергетическую систему через повышающие напряжение силовые трансформаторы Т1, Т2, РТП (рис. 14.16). Под напряжением 220 кВ (максимальное напряжение в современных высоковольтных линиях электропередач достигает 1200кВ) ток частотой 50Гц передается к месту потребления на большие расстояния по высоковольтным линиям ВЛ220кВ.

Необходимость повышения напряжения до указанных значений диктуется необходимостью иметь малое поперечное сечение проводов линий электропередач, исходя из допустимой плотности тока (А/кв.мм ) и минимальных потерь электроэнергии при передаче требуемой мощности. Даже при рассчетном значении сечения проводов стандартом предусмотрены потери в размере 6% от передаваемой энергии. В периоды “пик”, которые приходятся на время с 9 до 13 часов дня и с 17 до 21 часа вечера, резко возрастает потребление электроэнергии из сети, электрогенераторы начинают работать с перегрузкой, из-за чего частота тока в сети снижается до критических значений 48,5…49Гц. При таком значении частоты тока автоматически отключаются аппараты контроля и защиты в первую очередь на атомных электростанциях, что ведет к аварийной остановке атомных реакторов, которые обеспечивают почти 50 % выработки электроэнергии в Украине и могут работать только с полной нагрузкой. Для предотвращения аварийной остановки реакторов АЭС прибегают к “веерному” отключению потребителей. Покрыть в часы пик недостающие мощности не представляется возможным. Для исключения “веерных” отключений потребителей энергии целесообразно регулировать потребляемую мощность равномерно по времени суток.

Чтобы подключать (а также отключать) трансформаторы к линиям электропередачи, генераторам и потребителям, используют выключатели высокого напряжения. Если произойдет авария: ударит молния в

Рис. 14.16. Упрощенная принципиальная схема электроснабжения населенного пункта

Т1, Т2 – повышающие трансформаторы электростанций; РТП – районная трансформаторная подстанция; Т3, Т4 – понижающие трансформаторы центральной районной подстанции (ЦРП); ТП1, … ТП4 - трансформаторные пункты с понижающими трансформаторами

линию, оборвется провод или возникнет короткое замыкание – выключатель за сотые доли секунды отключит линию, спасая трансформатор от перегрузки.

Линии (ЛЭП) электропередач бывают воздушные или кабельные. Воздушные ЛЭП – это провода, подвешенные на гирляндах изоляторов к столбам или мачтам-опорам. Провода делают главным образом алюминиевые со стальным сердечником, а также медные и бронзовые.

Изоляторы в гирляндах бывают фарфоровые или стеклянные (число их в гирлянде зависит от величины напряжения, например для 1200 кВ – 40 штук). Опоры бывают деревянные, стальные и железобетонные.

Кабель напряжением от 6 до 35 кВ – это обычно три алюминиевых провода (жилы), заключенные в изоляцию из бумаги или пластмассы.

Сверху кабель защищен стальной лентой-броней. Для ввода в крупные города используют кабели напряжением 110 и 220 кВ. Они имеют медные жилы, покрытые изоляцией, прокладываются в стальной трубе, заполненной минеральным маслом. Очень перспективны для передачи больших мощностей кабели, проложенные в трубах, наполненных жидким водородом или жидким гелием. Потери в таких кабельных линиях будут приближаться к нулю.

От линий электропередачи напряжение поступает на центральные районные подстанции (ЦРП) городов, где установлены понижающие трансформаторы напряжением (220/6 кВ 220/10 кВ). По кабельным линиям, проложенным в траншеях, напряжение подается на распределительные пункты (РП1), к которым подключены трансформаторные пункты ТП1,..., ТП4 с трансформаторами 6/0,4 кВ. От указанных трансформаторов с глухо заземленной нейтралью к распределительным щитам домов (рис. 14.17) напряжение подается по четырехпроводной линии: фазы А, В, С и нулевой провод. Нулевой провод должен быть надежно заземлен. Напряжение между каждой из фаз и нулевым проводом при этой схеме будет составлять 220 В. На такую величину напряжения выпускаются осветительные приборы, холодильники, пылесосы, видео- и радиоаппаратура, электробритвы и другая бытовая техника.

Согласно требованиям электробезопасности электрические бытовые приборы мощностью свыше 1,3 кВт включаются в сеть посредством трехконтактных розеток 3. Один из контактов розетки подключается к заземляющему проводу, соединенному с выключателем распределительного щита дома. К этому контакту подключается провод, присоединенный к корпусу электроприбора.

Рис. 14.17. Схема подключения токоприемников различной мощности: 1 – распредилительный щит дома; 2 – электролампы 220В; 3 – техноконтактная розетка; 4 – электроплита; 5 – водопроводная труба; З - заземление

В случае одновременного касания человека к корпусу электрического бытового прибора (электроплиты) и заземленному предмету (водопроводной трубе) при исправной изоляции прибора через человека ток не проходит. При пробое изоляции корпус прибора окажется под напряжением (рис. 14.17).

Случайное прикосновение человека к такому прибору и заземленному предмету вызовет прохождение тока через его организм. Но поскольку сопротивление организма человека превышает сопротивление заземляющего провода, подключенного к прибору, в десятки тысяч раз, то через организм человека будет протекать безопасный ток, а основной ток пройдет по заземленному прододу.

Поэтому один из контактов разетки всегда подключается к заземляющему проводу, соединенному с выключателем распределительного щита дома. К этому контакту подключается провод, присоединенный к корпусу электроприбора. Несоблюдение этого условия может привести к поражению электротоком человека, коснувшегося корпуса прибора.