Современный мир плотно подсел на иглу под названием “электричество”. Что уж говорить, вы читаете этот пост с устройства, которое работает на электричестве. Однако простые люди часто ничего не понимают в том, от чего зависит их жизнь: как в прямом, так и в переносном смысле. Счастье, если они в детстве уяснили хотя бы базовые правила безопасности: нельзя совать пальцы в розетку, рыбачить под опорами ЛЭП и прочие. А многие ли задумывались, что розетка в местах, где они проводят большую часть своей жизни (в квартире, доме, офисе), связана со всей страной? Как же такое может быть? Всё благодаря энергосистеме.
Энергетическая система (энергосистема) – совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединённых между собой и связанных общностью режимов в непрерывном процессе производства, преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.
Это слишком сложное определение для тех, кто не разбирается в энергетике. Если говорить по-простому, то энергосистема – это взаимосвязанная совокупность всего, что генерирует, передает и потребляет энергию. Главное, не говорите данное определение дотошному преподавателю на экзамене, а все остальные, кто “в теме”, поймут его. Но стоит отметить, что тут мы будем говорить только об электроэнергетической системе и будем именно её подразумевать под энергосистемой.
Однако даже так может быть не ясно, как розетка связана со всей страной. Всё дело в том, что энергосистема состоит из разных уровней, или слоев. Они хоть и значительно отличаются друг от друга, но связаны, а их совокупность создает единую энергосистему.
Давайте пройдем путь электричества до вашей розетки, но в обратном порядке, чтобы понять устройство энергосистемы, пройдя путь от простого к сложному.
Представим, что мы находимся в квартире. Электричество в вашу розетку поступает от подъездного электрического щитка, который находится либо непосредственно у вас в квартире, если дом новый, или в коридоре дома старого жилого фонда. К этому щитку протянуты фаза и “ноль”, которые приходят от главного распределительного щита (ГРЩ) многоквартирного дома. К ГРЩ через промежуточные звенья протянут четырехжильный кабель (3 фазы и “ноль”) от трансформаторной подстанции (ТП), которая располагается где-то в вашем дворе (то кирпичное или бетонное здание, на котором висит знак электричества, а внутри слышен постоянный гул). И вот это всё – потребительская сеть 380 вольт, или, более грамотно, 0,4 кВ [прим.: то, что в розетке фазное напряжение 220 вольт опустим; фазное и линейное напряжение – не тема данного поста].
Потребительская сеть 0,4 кВ – это самый большой уровень энергосистемы. Вы, наверное, замечали, что в каждом дворе находится как минимум по одной ТП, и спрашивали: “а зачем их так много?” Дело в том, что передача электроэнергии на низком напряжении на большие расстояния невыгодна: будут большие потери. Выше напряжение – меньше потерь, и можно передать больше электроэнергии. Из-за этого ТП так много: выгоднее поставить их повсюду, чем протягивать до всех домов сеть 0,4 кВ.
Также у этого уровня сети есть одна большая (для вас, как потребителя, разумеется) проблема: если повредится ТП или кабель от неё, которые запитывают ваш дом, вы с большой долей вероятности будете сидеть без электричества и ждать доблестных электромонтёров оперативной службы, которые сделают необходимые операции, чтобы восстановить вам электроснабжение.
В первом случае это происходит из-за того, что по большей части каждая сеть 0,4 кВ изолирована от другой. Да, конструктивно может быть предусмотрено запитывание вас от другой ТП, но такие схемы – редкость. В старом жилом фонде обычно: один двор – одна ТП.
Во втором случае ситуация немного попроще: в современных домах, где есть лифты, насосы и прочее оборудование, которое необходимо для функционирования дома, предусмотрены несколько параллельных кабелей, которые идут вам в дом, из-за чего при повреждении одного кабеля вы будете запитаны по другим, пока поврежденный кабель будет в ремонте. Но если вы живете в старом доме… монтерам придется сильно постараться, чтобы вернуть вам электричество.
В самих ТП находится самая важная часть энергосистемы, которая есть на каждом уровне: трансформатор. Трансформаторы являются “мостиками”, которые соединяют разные слои энергосистемы путем трансформации электроэнергии из одного напряжения в другое. В случае трансформаторной подстанции в вашем дворе происходит преобразование из 6 кВ (в старых сетях) или 10 кВ (в новых) во всем привычное напряжение 0,4 кВ.
Далее мы поднимаемся на следующий уровень энергосистемы: местная сеть 6-35 кВ. Здесь электричество к вашей трансформаторной подстанции попадает через шлейф кабелей. Этот шлейф проходит путь от одной трансформаторной подстанции до другой, а своё начало берет в распределительной подстанции (РП). В РП электроэнергия распределяется по разным шлейфам, а сама она поступает туда через питающий кабель (фидер) с районной подстанции (районная ПС).
Местные сети, в отличие от потребительских, не изолированы. Точнее будет сказать, что в нормальном режиме работы они “тупиковые”: электричество в них идет в одном направлении, которое я описал выше. В нормальной схеме по сети 6-35 кВ электричество не будет “идти” от одной районной ПС к другой – нет пути для этого. Однако в случае необходимости, например, вывод в ремонт оборудования, можно включить “раздел” – выключатель, который в нормальном режиме отключен, а при включении создает “кольцо”, замкнутую схему электрической сети, где из каждого элемента, можно попасть в любой другой. В данном случае электричество может идти как с начала (с распределительной подстанции, откуда шлейф питается в нормальном режиме), так и с конца шлейфа (с РП, которая “присоединилась” к данному шлейфу после включения “раздела”). Таким образом, вы даже не замечаете, что каждую ночь в вашей ТП что-то отключают: электропитание в сети не пропадает.
В нашем путешествии мы остановились на районных ПС. Через их трансформаторы мы поднимаемся в региональную сеть 110-220 кВ. На данном уровне есть особенность, которой нет в нижестоящих: она работает “в кольце” в нормальном режиме, а не только для незаметного отключения оборудования, как в местных сетях. Также на этом слое появляется связь с электростанциями, где генерируется электроэнергия, но обычно они маломощные.
Суть региональных сетей в том, чтобы через узловые ПС, которые связаны с вышестоящим уровнем, получить огромное количество энергии, распределить её на данном слое и передать ниже, чтобы через хитросплетение энергосистемы вы могли воспользоваться электричеством.
Ну и под конец с трансформаторов на узловых подстанциях мы поднимаемся на высоковольтный уровень, основной слой энергосистемы с классом напряжения 330 кВ и выше. Это основа энергосистемы. Здесь располагаются сети высоковольтных линий электропередач, крупные электростанции и системообразующие подстанции.
Если не углубляться, то данный уровень похож на региональные сети. Да, вырос класс напряжения, а количество электроэнергии, которое генерируется, передается и распределяется, в разы выше. Тут, как и в региональных сетях, элементы закольцованы, однако они закольцованы не в пределах определенной части страны, а вообще со всей страной и даже другими странами. То есть, теоретически, лежа в отеле в Сочи, вы можете заряжать телефон электроэнергией, которая была выработана где-то в Кольском полуострове. На практике такого не будет, но сама возможность – существует.
Конечно, у них есть более существенные различия, например, диспетчерское регулирование значительно отличается, но о таком лучше писать отдельно и более подробно.
Вот таким образом ваша розетка связана со всей страной благодаря энергосистеме. В самом верхнем слое энергосистема объединяет всю страну в единую кольцевую сеть напряжения 330 кВ и выше; после этого по трансформаторам электроэнергия спускается в множество замкнутых кольцевых сетей напряжения 110-220 кВ; оттуда попадает на еще большее количество разомкнутых сетей 6-35 кВ; а заканчивается этот путь в сетях 0,4 кВ, от которых вы получаете электричество. Сложный путь, но он существует для того, чтобы вы даже не задумывались о том, что данный путь вообще существует.
Автор: Дамир Зинаев.
