Электроэнергетика – специфическая отрасль

Электрическая энергия обладает кардинальными преимуществами по сравнению с другими видами энергии. Ее легко получать, она транспортируется с минимальными затратами, отличается высокой степенью экологичности, легко преобразуется в другие виды энергии (тепловую, механическую, химическую, световую и др.).

Без электрической энергии были бы немыслимы буквально все серьезные прорывы в знаниях и хозяйствовании человека, будь это металлургия, космос, наука, информационный взрыв, который переживает ныне человечество.

Основу электроэнергетики России составляют тепловые электрические станции (ТЭС). На их долю приходится до 80% всей вырабатываемой в стране электрической энергии. Крупные ТЭС (конденсационные - КЭС) долгое время удобно было размещать в непосредственной близости от мест добычи торфа, угля, горючих сланцев и т.п., поскольку электрическую энергию оттуда трансформировать легче и дешевле по проводам, чем сам, например, уголь. Ведь это требует сооружения и эксплуатации специальной железной дороги. Другая особенность размещения КЭС – необходимость крупного водоема для сброса остатков тепла. Более экономичны – теплофикационные электрические станции (ТЭЦ), которые снабжают потребителей двумя видами энергии: электрической и тепловой. Поэтому ТЭЦ размещают в крупных населенных пунктах и промышленных центрах. В качестве основных первичных энергоносителей в них удобнее всего использовать газ или мазут.

В нашей стране большое внимание уделяется сооружению гидроэлектрических станций (ГЭС). Их размещение непосредственно связано с расположением рек, поэтому использование ГЭС также предполагает, как правило, необходимость передачи электрической энергии на большие расстояния.

Высокой экономической и экологической эффективностью отличаются атомные электрические станции (АЭС). Опыт эксплуатации АЭС в течение последних 50-ти лет продемонстрировал их чрезвычайно высокую эффективность. Однако, аварии, которые случились на Чернобыльской АЭС, на других АЭС за рубежом убедительно показывают, что сооружение и эксплуатация таких объектов требует высочайшего профессионализма специалистов и постоянного внимания властей.

Известно также множество других типов электрических станций: приливные, ветросиловые, солнечные, гидроаккумулирующие и др.).

Каждая из перечисленных электрических станций обладает индивидуальными как положительными, так и отрицательными качествами. Именно это и должно учитываться при решении задачи надежного электроснабжения всех потребителей страны. Примечательно, что преимущества одних электростанций могут компенсироваться достоинствами других. Поэтому оказалось выгодным одних и тех же потребителей питать от разных электрических станций. Так возникла идея создания электроэнергетической системы. Ее простейшая модель: на общую линию работает несколько электростанций. От этой же линии питается множество потребителей. Возникает возможность регулирования режимов этих станций, выводить отдельные из них в ремонт и др. без нарушения электроснабжения потребителей.

Если к этому добавить еще, что разные участки этой системы должны находиться под разным рабочим напряжением, что мощность потребителей, подключенных к системе, постоянно меняется в зависимости от времени суток, от сезона, от состояния производства и рыночной конъюнктуры, то легко понять, что единая энергосистема позволяет решать задачи выработки электроэнергии и снабжения ею потребителей наиболее надежно и рационально.

У нас в стране имеется несколько таких энергосистем, которые и решают эти задачи.

Эксплуатация таких систем требует четкого регулирования режимов работы отдельных её элементов. Эта задача решается специальными службами диспетчерского управления, где работают высококвалифицированные специалисты. Важным их качеством является умение быстрого принятия оптимального решения по необходимым воздействиям на тот или иной элемент системы. Однако, огромные генерирующие мощности,

протяженность электрических сетей, многообразие потребителей, суточные и сезонные колебания потребления и условий выработки электроэнергии, угроза крупной аварии или даже экологической катастрофы в случае ошибки ставят задачу комплексной автоматизации выработки решения и своевременного воздействия, поэтому в энергосистемах используются самые совершенные средства автоматического контроля и управления с самым широким применением современных средств вычислительной техники.

Известно, что мощность электрической энергии определяется произведением действующего напряжения на ток. Для уменьшения потерь энергии на нагревание проводов в сетях величину тока стремятся уменьшить до минимума. Это позволяет одновременно снизить расход проводниковых материалов (медь, алюминий и др.) на сооружение линий электропередачи. Поэтому для сохранения величины передаваемой мощности приходится соответственно повышать величину напряжения.

Главным электрическим устройством, используемым для выработки электрической энергии, является синхронный генератор. Его конструкция не позволяет заложить изоляцию, которая могла бы обеспечить высокое электрическое напряжение вырабатываемой электрической энергии ( не более 25 кВ ).

Однако, передача электрической энергии с таким напряжением на большие расстояния приведет к большим неоправданным затратам. Известно, что действующие ЛЭП работают с напряжением 110, 220, 500 и более кВ. Поэтому вырабатываемое генератором напряжение повышается специальным трансформатором (силовым).

В районе потребителей устанавливают понижающие трансформаторы. Несколько ступеней понижения позволяют получить напряжение с потребительским номиналом (10 кВ; 0,4 кВ и др.). Следует отметить, что к одному такому трансформатору, как правило, подключается множество потребителей. Возникает необходимость распределять электрическую энергию по разным потребителям в соответствии с заданными режимами. Распределение, коммутация электрической энергии, защита от нештатных режимов, учет и т.п. обеспечивается различного вида электрическими аппаратами.

Обычно силовые трансформаторы, распределительные устройства, электрические аппараты с целью безопасности и простоты обслуживания территориально объединяют на электрической подстанции. В энергосистеме, следовательно, имеются два основных системообразующих звена: электрические станции и электрические сети. Их согласованную работу и обеспечивают специалисты-электрики.

Все элементы электрической системы связаны между собой еще и единством происходящих в них процессов. Так, изменение режима сетей влияет на работу генератора и работающей с ним турбины. Эти же процессы оказывают влияние на работу электродвигателей и других установок у потребителей. Поэтому неправильные действия обслуживающего персонала могут привести к продолжительным колебаниям напряжения, частоты, тока и др. параметров на разных участках электрической системы (показатели качества электрической энергии). Это может привести не только к сбоям отдельных технологических процессов, но и к тяжелейшим авариям, которые могут нести за собой как материальные убытки, так и чисто человеческие несчастья и жертвы.

Из сказанного следует, что создание и эксплуатация электрических устройств и систем – это не только интересная работа, позволяющая проявить самые высокие интеллектуальные качества специалистов, но и очень ответственное занятие. Это возлагает на специалистов огромную ответственность за бесперебойное функционирование всех без исключения отраслей хозяйства, за здоровье и жизнь множества людей, за состояние окружающей природы.