> Техника, страница 76 > Распределение электрической энергии

Распределение электрической энергии

Распределение электрической энергии, получаемой от генераторной установки электрической станции, между по требителями (различного рода электродвигатели, осветительные приборы, нагревательные приборы и тому подобное.) осуществляется с помощью электрических проводов (смотрите) по различным способам (системам).

Классификация систеи Р. э. э. 1) По роду тока различаются след, системы: а) постоянного тока, б) переменного тока и в) смешанные (передача переменным током, распределение—постоянным); 2) по способу соединения: а) последовательные, б) параллельные и в) смешанные; 3) по числу проводов: а) двухпроводные (однопроводные, с землей в качестве обратного провода почти исключительно для целей связи—в телеграфии и телефонии), б) многопроводные (число проводов редко больше четырех); 4) по виду получаемой от генераторов и распределяемой энергии: а) непосредственные, или прямые (энергия передается и от центральной станции к районам потребителя и распределяется между. потребителями при том же напряжении, при котором генерируется), и б) косвенные (в месте потребления энергии преобразуется: распределение осуществляется при более низком напряжении). Области применения систем постоянного и переменного тока [²,⁴,⁶] определяются их достоинствами и недостатками. Достоинства постоянного тока: простота, пригодность для аккумулирования, применение для электролиза и изменение скорости вращения электродвигателей в широких пределах. Недостатки постоянного тока: непригодность (пока) для электроснабжения больших районов (вследствие невысокого напряжения генераторов и невозможности удобного преобразования, из-за которой приходится приспособлять напряжение центральной станции к напряжению приемников энергии). Достоинства переменного тока: возможность простого и экономичного преобразования с помощью статич. трансформаторов с высоким кпд; пригодность для электроснабжения очень больших районов (вследствие возможности как угодно повысить напряжение для передачи на большие расстояния). Недостатки переменного тока: непригодность аккумулирования, для электролитических и нек-рых других применений: менее экономичное регулирование скорости вращения электродвигателей; реактивные токи, повышающие нагрузку проводов, и другие осложнения, вытекающие из наличия емкости и самоиндукции.

Появившись значительно позднее постоянного тока [»], переменный ток получил значительно более широкое распространение. Как и в Зап. Европе, при электрификации СССР принят переменный (трехфазный) ток частотою 50 пер/ск., к-рый постепенно станет обязательным и для других станций. Постоянный ток остается выгодным для электрич. ж. д., электрических заводов, а ташке там, где много электродвигателей, работающих с переменной скоростью и где важно обеспечить непрерывность снабжения с помощью резерва в виде аккумуляторной батареи (небольшие осветительные блок-станции, маленькие гидроэлектрические установки без регулирования, ветросиловые станции, военные установки). В последнее время возник вопрос о замене трехфазного тока постоянным током высокого напряжения для передачи энергии на очень большие расстояния.

Р. э. э. постоянным током. 1) Системы с параллельным включением приемников наиболее распространены. Достоинство: отдельные потребители не зависят друг от друга. Недостаток: значительный расход металла на провода (отсюда большая стоимость), а) Двухпроводная система (фигура 1): два главных провода, положительный (прямой) и отрицательный (обратный), проходят от источника питания вдоль всего снабжаемого участка, от них ответвляются провода к местам потребления. Ток в главной линии убывает в направлении от источника к концу линии.

ft £ .ft

Фигура 1.

Фигура 2.

Напряжение между главными проводами поддерживают постоянным во избежание колебаний силы света ламп или скорости вращения электродвигателей [*]; напряжения у отдельных приемников разнятся друг от друга на величины падений напряжения в участках между ними. При расчете проводов не допускают больших падений напряжения, так как иначе при выключении отдельных приемников напряжение у остальных сильно повысится. Небольшое напряжение, обычно 110 или 220 V (требования безопасности не позволяют применять приемники для более высоких напряжений), ограничивает радиус района снабжения ~500 метров при 110 V и 1 км при 220 V (иначе получатся слишком толстые провода), б) Трехпроводная си-с т е м а (фигура 2: К. п,—крайний провод, Н. п.—нулевой провод, L—лампа, М—двигатель) эквивалентна двум двухпроводным, у которых обратный провод одной системы и прямой провод второй заменены одним общим— т. н. средни м, или нулевым. Преимущество: удвоенное общее напряжение (при Ίόμ же напряжении у зажимов приемников), уменьшая сечение крайних проводов, увеличивает радиус района экономичного снабжения в два раза по сравнению с двухпроводной системой. Нагрузку распределяют по возможности поровну между двумя половинами трехпроводной системы [².⁴]; тогда ток в среднем проводе равен нулю; сечение его берут от ¹/_я до ¹/₂ или ¹/₁ сечения крайних проводов (на случай неодинаковой нагрузки обеих половин, при которой ток в нулевом проводе будет равен разности токов в крайних проводах; вероятность этого будет меньшей в районах с большой густотой потребления и с преобладанием мелких потребителей). в) Многопроводные системы хотя и дают значительную экономию материала на провода, но не применяются, в виду сложности (изредка пятипроводная, где требуется регулирование скорости вращения электродвигателей в очень широких пределах). 2) Системы с последовательным включением применяются для Р. э. э. редко: при неизменном числе включенных приемников (уличное освещение, временные установки). Напряжение у зажимов источника высокое (равно сумме напряжений у зажимов отдельных приемников и падений напряже ния в соединяющих их между собой и с источником проводах). Необходимо особое самодействующее приспособление а (фигура 3) у каждого приемника, замыкающее его накоротко в случае его порчи или выключения (во избежание разрыва цепи). Кроме этого усложнения недостатками системы являются зависимость работы приемников друг от друга (во всех одинаковая сила тока) и высокое (опасное) напряжение в местах потребления. Преимущества: напряжение у отдельных приемников не зависит от их местоположения в цепи; низкая стоимость проводов вследствие того, что длина их наименьшая и сечение мало (благо-даря высокому напряжению и малой силе тока; кроме того оно не зависит от чис-. лаприемников); возможность применения экономичных и Фигура з. долговечных низковольтных ламп с толстой нитью. Для передачи на большие расстояния такая система была развита Тюри (передача Мутье—Лион во Франции длиной 448 км с напряжением в 125 kY).

Р. э. э. переменным током. 1) Системы с параллельным включением приемников наиболее распространены. а) Однофазная система повсюду вытеснена трехфазной в виду лучшего использования в последней машин и материала проводов; она применяется только для небольших вторичных (низкого напряжения) цепей и ответвлений, а также для электрификации ж. д. Двухфазная система теперь совершенно оставлена, б) Трехфязная система наиболее распространена. Р. э. э. осуществляется

L

У

Фигура 4.

посредством трех переменных напряжений (и соответствующих токов), сдвинутых относительно друг друга по фазе на треть периода. Достоинства: большая экономия металла для проводов, удобства применения как для силовых целей, так и для освещения. В небольших установках применяют непосредственное Р. э. э., в крупных—косвенное (с промежуточной трансформацией напряжения). ДляР. э. э. применяют: трехпроводную систем у—вторичные обмотки трансформаторов соединены треугольником (фигура 4,а) или звездой (фигура 4,6) или (если к одной и той же сети присоединены лампы и электродвигатели или если нагрузка распределена не вполне равномерно между тремя фазами) четырехдроводную систе-м у — вторичные обмотки трансформаторов соединены звездой или зигзаг-звездой, к нулевой точке которой присоединен нулевой провод; если в частном случае система питается непосредственно от генератора, то нулевой провод идет от его нулевой точки: двигатели присоединяются к трем фазным проводам, а лампы включают между одним из фазных и нулевым, стараясь распределить их поровну между тремя фазами (фигура 4,в). Сечение нулевого провода берут от ¹/₃ до¹/., или ¹1₁ от сечения каждого из разных проводов [ ²> ⁴, ⁶]· 2) Системы с последовательным включением применяют в тех же редких случаях, как и системы с последовательным включением при постоянном токе, но несколько удобнее их. Применяют обычно однофазные цепи, питаемые от трехфазной сети с помощью специальных трансформаторов, автоматически поддерживающих силу

vWV-VWV

Фигура 5. К>4 -О-¹

L

тока постоянной. Каждую большую лампу присоединяют к однофазной цепи с помощью отдельного трансформатора А (фигура 5); мелкие лампы соединяют последовательно, питая всю группу от одного трансформатора В [⁵,⁷].

Смешанные системы Р. э. э. имеют целью сочетать удобства переменного тока (для передачи на большие расстояния при высоком напряжении) с преимуществами постоянного тока для Р. э. э.: обычно генерируется трехфазный ток с преобразованием его в постоянный с помощью вращающихся преобразователей или же ртутных выпрямителей (последние пока преимущественно в тяговых установках). Применяются чаще в больших городах (центральная станция за городом, по г ороду—преобразовательные подстанции с

Сравнение различных систем Р. э. э. по расходу металла на провода.

Род тока	Система Р. э. э.	Расход металла в %
Постоянный	Двухпроводная. Трехпроводная, с тремя проводами одинакового сечения ..	100 37,5
! 1	То же, с сечением нулевого провода вдвое меньше крайних	31,3
(	Однофазная.	100
Переменный -	Трех фазная, соединение током. То же, соединение звездой с 4 проводами одинакового сечения.	75 33,3
	То же, соединение звез-
V	дой с сечением нулевого провода вдвое день- ше фазных. То же, трехпроводиая (без нулевого провода).	29,2 25

аккумуляторными батареями, позволяющими использовать выгоды аккумулирования энергии). Недостаток: потери энергии при преобразовании ее [У].

Выше в таблице приводится сравнение различных систем Р. э. э. по расходу металла на провода, причем в основу сравнения положено предположение, что одинаковая мощность передается на одно и то же расстояние с одинаковыми потерями и при одинаковом действующем напряжении.

Лит.: i) Глазунов А. А., Теория и расчет электрич. распределительных сетей, М., 1930; ²) X»-щински и В. П., Канализация электрической энергия (Сети), ч. 1, Электрический расчет, 3 изд., Л., 1931; з) е г о же, Знаменательные события в истории развития генерирования и канализации электрич. энергии за последние полвека, «Электричество», М.— Л., 1930, Юбилейный номер, стр. 86; «) Herzog-Feldmann, Die Berechnung elektrischer Leitungs-netze in Theorie u. Praxis, 4 Aufl., B., i927; ^l) P i a z-z о 1 i E., Teenica zegli impianti elettrici per luce e forza, y. 2, p. 2, Milano, 1929; ®) RiihaE. u. Seidener J., Starkstromtechnik, Taschenbuch f. Elektrotechniker, 7 Aufl., Berlin, 1930—1931; ⁷) S e e-1 у e Η. P., Electrical Distribution Engineering, N. Y., 1930; ⁸) UppenbornF., Deutscher Kalender f. Elektrotechniker, Mch— B., 1932; Витт В. И., Электрические провода, их производство, расчетипрокладка, пер. е нем., Ленинград, 1927; «СЭТ», Справочная книга для электротехников, т. 3, отд. 18;×р у щ о в В. М., Электрические линии и сети, Харьков, 1926 (литогр.); R e у e s s i La trasmissione e la distribuzione dell’energia elettrica, Brescia, 1926. й. ХащинскиВ.