Il sistema energetico del paese — una breve descrizione, caratteristiche del lavoro in diverse situazioni
Il sistema energetico del Paese è una combinazione di più elementi: centrali elettriche, sottostazioni di distribuzione step-up e step-down, reti elettriche e di calore.
Le centrali elettriche producono energia elettrica e termica (per cogenerazione). Energia elettrica, generato dalle centrali elettriche, viene aumentato al valore di tensione richiesto nelle sottostazioni di aumento pressione e immesso nella rete, in particolare nelle reti elettriche principali, dove viene ulteriormente distribuito in base alla quantità di energia consumata da una determinata regione, un'impresa all'interno del sistema elettrico di un paese o una regione separata.
Se parliamo del sistema energetico del Paese, le reti dorsali intricano tutto il suo territorio. Le reti trunk includono linee da 220, 330, 750 kV, attraverso le quali fluiscono grandi flussi di potenza, da diverse centinaia di MW a decine di GW.
La fase successiva è la trasformazione delle reti di linee ad alta tensione per sottostazioni regionali, nodali, sottostazioni di grandi imprese con una tensione di 110 kV. L'energia fluisce all'interno di decine di MW attraverso reti da 110 kV.
Nelle sottostazioni 110 kV, l'elettricità viene distribuita alle sottostazioni utente più piccole nelle aree popolate e alle varie imprese con tensioni di 6, 10, 35 kV. Inoltre, la tensione di rete viene ridotta ai valori richiesti dall'utente. Se si tratta di insediamenti e piccole imprese, la tensione viene abbassata a 380/220 V. Esistono anche apparecchiature di grandi imprese industriali alimentate direttamente dall'alta tensione 6 kV.
cogenerazione (cogenerazione) oltre all'energia elettrica, generano calore, che viene utilizzato per riscaldare edifici e strutture. L'energia termica fornita dalla centrale termica viene distribuita alle utenze attraverso reti di calore.
Caratteristiche del sistema di alimentazione
Quando si considera il funzionamento del sistema di alimentazione, è necessario prestare particolare attenzione ai processi di trasmissione dell'energia elettrica. La generazione e la trasmissione di energia elettrica è un processo complesso e correlato.
Nel sistema elettrico di potenza la generazione, la trasmissione e il consumo di energia da parte dei consumatori avviene in continuo, in tempo reale. L'accumulo di energia elettrica (accumulo) nei volumi del sistema elettrico non avviene, pertanto nel sistema elettrico viene costantemente monitorato l'equilibrio tra energia elettrica prodotta e consumata.
La particolarità dei sistemi di alimentazione elettrica è il trasferimento quasi istantaneo di energia elettrica dalle fonti ai consumatori e l'impossibilità di accumularla in quantità significative. Queste proprietà determinano la contemporaneità del processo di produzione e consumo di energia elettrica.
Nella produzione e consumo di energia elettrica in corrente alternata, l'uguaglianza di energia elettrica generata e consumata in ogni istante di tempo corrisponde all'uguaglianza di potenza attiva e reattiva generata e consumata.
Pertanto, in qualsiasi momento in modalità stazionaria del sistema di alimentazione, le centrali elettriche devono generare potenza pari alla potenza dei consumatori e coprire le perdite di energia nella rete di trasmissione di energia, ovvero deve essere rispettato l'equilibrio tra potenza generata e consumata .
Il concetto di equilibrio della potenza reattiva è legato all'influenza potere reattivo, trasmesso attraverso gli elementi della rete elettrica, alla modalità di tensione. L'interruzione del bilancio di potenza reattiva porta a un cambiamento nel livello di tensione nella rete.
Tipicamente, i sistemi di alimentazione che sono carenti di potenza attiva sono anche carenti di potenza reattiva. Tuttavia, è più efficiente non trasferire la potenza reattiva mancante dai sistemi di alimentazione vicini, ma generarla in dispositivi di compensazione installati in questo sistema di alimentazione.
Uno dei principali indicatori della presenza del bilancio tra energia elettrica prodotta e consumata è frequenza di rete… La frequenza della rete elettrica in Russia, Bielorussia, Ucraina e nella maggior parte dei paesi europei è di 50 Hz.Se la frequenza del sistema elettrico del paese è compresa tra 50 Hz (tolleranze ± 0,2 Hz), significa che il bilancio energetico è rispettato.
In caso di deficit dell'elettricità generata, in particolare del suo principio attivo, si verifica un deficit di potenza, cioè il bilancio energetico viene disturbato. In questo caso, si verifica una diminuzione della frequenza della rete elettrica al di sotto del valore consentito. Maggiore è il deficit di elettricità nel sistema di alimentazione, minore è la frequenza.
Il processo di rottura del bilancio energetico è il più pericoloso per il sistema energetico e, se non viene interrotto nella fase iniziale, si verificherà il completo collasso del sistema energetico.
Al fine di prevenire il collasso del sistema elettrico in assenza di alimentazione nelle sottostazioni di distribuzione, viene utilizzata l'automazione di emergenza: scarico automatico della frequenza (AChR) e automazione dell'eliminazione della modalità asincrona (ALAR).
AChR spegne automaticamente una certa parte del carico dei consumatori, riducendo il deficit energetico nel sistema di alimentazione. ALAR è un sofisticato sistema automatico che rileva e rimuove automaticamente le modalità asincrone nelle reti elettriche. In caso di mancanza di corrente nel sistema di alimentazione, ALAR collabora con AFC.
In tutte le sezioni del sistema di alimentazione sono possibili varie situazioni di emergenza: danni a varie apparecchiature nelle stazioni e sottostazioni, danni ai cavi e alle linee elettriche aeree, interruzione del normale funzionamento della protezione dei relè e dei dispositivi di automazione, ecc. utenti in conformità con il loro categoria di affidabilità energetica.
Caratteristiche di regolazione della tensione
La tensione nel sistema di alimentazione è regolata in modo tale da garantire valori di tensione normali in tutte le aree. La regolazione della tensione dell'utente finale viene effettuata in base ai valori di tensione media ottenuti dalle sottostazioni più grandi.
Di norma, tale regolazione viene eseguita una volta, quindi la tensione viene regolata su grandi nodi - sottostazioni regionali, poiché non è pratico regolare costantemente la tensione di ciascuna sottostazione di consumo a causa del loro numero elevato.
La regolazione della tensione nelle sottostazioni viene effettuata con l'ausilio di commutatori a vuoto e interruttori di carico integrati nei trasformatori di potenza e negli autotrasformatori. La regolazione tramite interruttori di vuoto viene effettuata con il trasformatore scollegato dalla rete (commutazione senza eccitazione). Dispositivi di commutazione sotto carico consentono la regolazione della tensione di carico, cioè senza la necessità di disinserire preventivamente il trasformatore (autotrasformatore).
La regolazione della tensione mediante l'interruttore sotto carico dei trasformatori di potenza può essere eseguita sia automaticamente che manualmente.Inoltre, a seconda delle condizioni tecniche dei trasformatori (autotrasformatori), al fine di prolungare la durata degli interruttori sotto carico, può Si decide di regolare la tensione esclusivamente in modalità manuale, con previo distacco del carico dal trasformatore.Allo stesso tempo, viene preservata la possibilità di commutare le prese del commutatore sotto carico e, in caso di necessità di regolazione rapida della tensione, questa operazione può essere eseguita senza prima rimuovere il carico dal trasformatore.
Perdite di potenza ed energia
La trasmissione di energia elettrica è inevitabilmente accompagnata da perdite di potenza e di energia nei trasformatori e nelle linee. Queste perdite devono essere coperte da un corrispondente aumento della capacità di alimentazione, che comporta un aumento degli investimenti di capitale per la costruzione del sistema elettrico.
Inoltre, le perdite di potenza ed energia causano un consumo di carburante aggiuntivo nelle centrali elettriche, il costo dell'elettricità, aumentando così il costo dell'elettricità. Pertanto, nella progettazione è necessario sforzarsi di ridurre queste perdite in tutti gli elementi della rete di trasmissione di potenza.
Guarda anche: Potenza e perdita di energia nei circuiti elettrici E Misure per ridurre le perdite nelle reti elettriche
Funzionamento in parallelo di sistemi di alimentazione
I sistemi elettrici di paesi o sezioni separate del sistema elettrico all'interno di un paese possono essere collegati tra loro e nel loro insieme costituiscono un sistema elettrico interconnesso.
Se due sistemi energetici hanno gli stessi parametri, possono funzionare in parallelo (in modo sincrono). La possibilità di funzionamento sincrono di due sistemi di alimentazione consente di aumentare notevolmente la loro affidabilità, poiché in caso di un ampio deficit di potenza in uno dei sistemi di alimentazione, questo deficit può essere coperto da un altro sistema di alimentazione.Collegando i sistemi elettrici di più paesi, è possibile esportare o importare elettricità tra questi paesi.
Ma se due sistemi di alimentazione presentano alcune differenze nei parametri elettrici, in particolare la frequenza della rete elettrica, se è necessario combinare questi sistemi di alimentazione, la loro connessione diretta con il funzionamento in parallelo è inaccettabile.
In questo caso, escono dalla situazione utilizzando linee di corrente continua per trasferire l'elettricità tra i sistemi di alimentazione, il che consente di combinare sistemi di alimentazione non sincronizzati caratterizzati da diverse frequenze di rete.