Электроснабжение объектов и потребителей¶

Электроснабжение — совокупность технических средств, организационных и правовых мер, обеспечивающих передачу и распределение электрической энергии от источников (электростанций, подстанций) до конечных потребителей. Как отрасль инженерного обеспечения оно охватывает генерацию, передачу, преобразование, распределение и учёт электроэнергии, а также системы защиты, автоматики и управления режимами. Электроснабжение является базовым условием работы промышленности, транспорта, связи, жилищно-коммунального хозяйства и социальной инфраструктуры.

¶Классификация

По масштабу и назначению различают несколько уровней электроснабжения.

• Централизованное — питание от единой энергосистемы через сети общего назначения.
• Децентрализованное (автономное) — от собственных источников: дизельных и газотурбинных электростанций, солнечных панелей, ветроустановок, аккумуляторных систем.
• Смешанное — сочетание централизованного питания с резервными автономными источниками.

По назначению объектов выделяют электроснабжение промышленных предприятий, городов и населённых пунктов, сельского хозяйства, транспорта (в том числе тяговое электроснабжение железных дорог), а также электроснабжение отдельных зданий и сооружений.

По надёжности потребители делятся на три категории:

¶Состав системы

Типовая система электроснабжения включает следующие элементы:

• Источники питания — электростанции и понижающие подстанции, к которым подключён объект.
• Питающие и распределительные сети — воздушные и кабельные линии электропередачи.
• Трансформаторные подстанции — понижают напряжение до рабочего уровня (например, с 110 кВ до 10 кВ и далее до 0,4 кВ).
• Распределительные устройства — щиты, шкафы, сборки, от которых питаются отдельные потребители.
• Системы защиты и автоматики — релейная защита, автоматическое включение резерва (АВР), устройства защитного отключения.
• Системы учёта и контроля — счётчики, измерительные трансформаторы, диспетчерские системы.

Основные параметры электроснабжения — номинальное напряжение, частота (в России и большинстве стран — 50 Гц), мощность, категория надёжности и качество электроэнергии (отклонения напряжения и частоты, несинусоидальность, несимметрия).

¶История

Развитие электроснабжения началось во второй половине XIX века. Первые электростанции были локальными и питали отдельные предприятия или районы города. В 1879 году в Санкт-Петербурге была запущена одна из первых в мире электростанций для освещения Литейного моста; в 1883 году начала работу станция на барже на реке Мойке. В 1892 году вступила в строй первая в России центральная электростанция постоянного тока в Петербурге, а в 1897 году — станция трёхфазного переменного тока.

Переход к переменному току и создание линий высокого напряжения позволили объединять станции в сети и передавать энергию на большие расстояния. В СССР в 1920 году был принят план ГОЭЛРО — государственный план электрификации России, предусматривавший строительство сети районных электростанций. К 1935 году план был перевыполнен, что заложило основу единой энергосистемы. В дальнейшем формировались объединённые энергосистемы, а затем — Единая энергетическая система СССР, охватившая значительную часть территории страны.

¶Управление и регулирование

В России электроснабжение потребителей регулируется законодательством об электроэнергетике. Оперативно-диспетчерское управление режимами единой энергосистемы осуществляет системный оператор. Тарифы на передачу и сбыт электроэнергии устанавливаются государственными регулирующими органами. Технические требования к проектированию и эксплуатации систем электроснабжения закреплены в правилах устройства электроустановок (ПУЭ), строительных нормах и правилах, а также в отраслевых стандартах.

¶Обеспечение надёжности

Для повышения надёжности применяют резервирование: прокладывают две независимые питающие линии, устанавливают автоматические вводы резерва, дизельные генераторы и источники бесперебойного питания. Важное значение имеют селективность защиты (отключение только повреждённого участка) и профилактические испытания оборудования. В энергетике используется понятие надёжности электроснабжения, оцениваемое через частоту и длительность перерывов, а также через ущерб от недоотпуска электроэнергии.

¶Качество электроэнергии

Качество электроэнергии нормируется государственными стандартами. Основные показатели: отклонение напряжения, колебания напряжения, несинусоидальность (наличие высших гармоник), несимметрия напряжений, отклонение частоты, провалы и импульсы напряжения. Отклонение параметров от нормы приводит к сбоям оборудования, перегреву двигателей, ложным срабатываниям автоматики и сокращению срока службы приборов. Для поддержания качества применяют компенсирующие устройства, фильтры гармоник, стабилизаторы и системы автоматического регулирования.

¶Электроснабжение в быту и на производстве

В жилых и общественных зданиях электроснабжение организуется через вводно-распределительные устройства, этажные щиты и групповые линии. Обязательны защитное заземление, устройства защитного отключения и соблюдение норм электробезопасности. На промышленных предприятиях системы электроснабжения проектируются с учётом характера нагрузки: двигательной, осветительной, преобразовательной, термической. Крупные потребители нередко имеют собственные подстанции глубокого ввода, принимающие напряжение 110–220 кВ.

¶Перспективные направления

Современное развитие электроснабжения связано с внедрением распределённой генерации, накопителей энергии, микросетей (microgrid), цифровых подстанций и интеллектуальных систем учёта. Растёт доля возобновляемых источников, что требует решения задач управления нестабильной генерацией и балансировки режимов. Развиваются технологии «умных сетей» (Smart Grid), повышающие наблюдаемость и управляемость энергосистем.

Источники: ПУЭ; ГОСТ 32144-2013; материалы по истории электрификации России; отраслевые учебники по электроснабжению; публикации о плане ГОЭЛРО.