XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Цель исследования: Понять суть работы системы электроснабжения, спроектировать модель системы электроснабжения города в виде карты.

Задачи исследования :

Изучить основные виды электроснабжения и их предназначение.

Создать модель системы электроснабжения города.

Методы исследования:

Теоретические (поиск информации в Интернет сайтах, и т.д.).

Картографический метод

Краеведческий метод

Встреча со специалистами

Анализ документов

Объект исследования: Электроснабжение города.

Предмет исследования: Принципы и особенности электросистемы города Александровска.

2.Основная часть.

2.1. Электроснабжение городов.

Система электроснабжения города включает в себя элементы энергетической системы, обеспечивающие распределение электроэнергии потребителям. К городским электрическим сетям относятся:

электроснабжающие сети напряжением 110 (35) кВ и выше, содержащие кольцевые сети с понижающими подстанциями (ПС), линии и подстанции глубоких вводов;

распределительные сети напряжением 10 (6) - 20 кВ, содержащие трансформаторные подстанции (ТП) и линии, соединяющие центры питания с ТП между собой;

распределительные сети до 1000 В.

К понижающим подстанциям относятся:

- городские подстанции (35-220 кВ), располагающиеся в непосредственной близости к границам города;

- подстанции глубоких вводов (110-220 кВ), сооруженные непосредственно на территории районов и в промышленных зонах крупных городов;

- трансформаторные подстанции (10-20/0,38 кВ) коммунально-бытовых и промышленных потребителей энергии.

Подстанции и распределительные пункты (РП) обычно сооружаются как отдельно стоящие здания. Подстанции глубоких вводов напряжением 110 кВ и выше сооружаются в закрытом исполнении. Для открытых вариантов подстанций проводят шумозащитные мероприятия, а расстояния от ТП до жилых домов и коммунальных сооружений определяются акустическим расчетом. В настоящее время широко используются следующие основные направления развития систем энергосбережения городов:

- внедрение прогрессивной системы напряжения 110/10 кВ с переводом действующих сетей 6 кВ на напряжение 10 кВ и сетей 35 кВ на напряжение 110 кВ;

- образование сети временного электроснабжения города, обеспечивающей связь с внешними источниками питания и центрами питания города 220 кВ и выше между собой;

- организация внутригородских систем глубоких вводов 110 кВ;

- применение подстанций 110/10 кВ;

- использование кабельных линий ПО кВ и выше с пластмассовой изоляцией.

Сложность выбора и обоснование схемы электроснабжения городских территорий обусловлена наличием на них разных потребителей.

В городах создают сложные системы электроснабжения, обслуживающие всех потребителей, независимо от ведомственной принадлежности. Основное направление в обслуживании потребителей электроэнергией - обеспечение надежности и бесперебойности питания с заданными характеристиками по частоте и напряжению тока. Современные электрические приборы (компьютеры, телевизоры, кондиционеры посудомоечные и стиральные машины и т. д.) очень чувствительны к колебанию напряжения в сети. Даже при работе ламп накаливания снижение напряжения на 5 % уменьшает световой поток на 20 %, а повышение напряжения на 5 % несколько увеличит светоотдачу, но в 2,5 раза сократит срок службы.

Использование в городских электрических системах трансформаторных подстанций (ТП) различного назначения позволяет оптимизировать схемы электроснабжения, сократить потери при передаче электроэнергии, а также уменьшить затраты на строительство и эксплуатацию систем электроснабжения в городах.

2.2 Характеристика системы электроснабжения города Александровска.

Наш город Александровск обеспечивают электрической энергией две ГРЭС, которую распределяет электрическая сеть.

Это - Филиал "Яйвинская ГРЭС" ПАО "Юнипро" (далее Яйвинская ГРЭС), Филиал АО «ИНТЕР РАО – Электрогенерация» Пермская ГРЭС. Муниципальное унитарное предприятие "Коммунальные электрические сети»" Александровского муниципального района (далее МУП «КЭС») осуществляет распределение электроэнергии в городе.

Я йвинская ГРЭС – филиал Юнипро, расположенный в поселке Яйва Александровского района Пермского края. Станция работает на природном газе, попутном нефтяном газе и энергетическом угле. Установленная мощность энергоблоков – 1048 МВт.

Яйвинская ГРЭС находится в Березниковско-Соликамском промышленном узле Пермского края. В 1950-е годы в результате бурного экономического развития предприятий химической промышленности и цветной металлургии назрела необходимость строительства новой электростанции.  Выбрано место было не случайно – изначально предполагалось, что новая ГРЭС будет обеспечивать электричеством районы Соликамска, Березников и Яйвы, как раз расположился в центре нагрузок. Кроме того, немалую роль сыграло наличие реки, которая позволяет использовать водные ресурсы для технологических нужд станции.

Изначально на Яйвинской ГРЭС должно было появиться 3 турбогенератора по 150 тысяч кВт, однако позднее было принято решение увеличить их до четырех. В качестве топлива для станции использовался рядовой уголь Кизеловского месторождения – его наличие также сыграло немаловажную роль при выборе площадки для строительства. В 1955 году Министерство электростанций СССР утвердило проект строительства Яйвинской ГРЭС. Строительство последнего, четвертого, энергоблока завершилось в 1965 году, и ГРЭС достигла проектной энергетической мощности 600 МВт. В то время это была самая крупная электростанция Пермской энергосистемы. Основным видом топлива для электростанции до 1987 года был уголь, затем была проведена реконструкция оборудования, в результате которой станция стала работать на природном газе, уголь остался резервным видом топлива.

В рамках реализации инвестиционной программы ОАО «Э.ОН Россия» (с июня 2016 года – ПАО «Юнипро») на Яйвинской ГРЭС построен современный парогазовый энергоблок с КПД (нетто) в 56,6%. При строительстве ПГУ-400 Яйвинской ГРЭС использовались самые передовые технологии: так, например, цех водоподготовки станции не имеет аналогов в мире. Торжественная церемония ввода энергоблока в эксплуатацию состоялась осенью 2011 года.

В 2013 году нефтяная компания Лукойл в рамках выполнения распоряжения Правительства о доведении уровня утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ) до 95% построила к Яйвинской ГРЭС газопровод. Одним из основных факторов эффективной эксплуатации газопровода ПНГ является коммерческий узел учета газа, оснащенный самым современным оборудованием. Он осуществляет автоматическое управление процессом, позволяет определять качество, обеспечивает безопасное использование газа на электростанции.

В 2017 году располагаемая мощность Яйвинской ГРЭС увеличена до 1048 МВт за счет модернизации газовой турбины энергоблока ПГУ-400.

За годы работы Яйвинская ГРЭС выработала свыше 200 млрд. кВт/ч электроэнергии. Станция играет важную роль в обеспечении надежного электроснабжения таких крупных предприятий края, как ПАО «Уралкалий», Филиал «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ», ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА», АО «Соликамскбумпром», Филиал ОАО «РЖД» — Свердловская железная дорога, а также городов и населенных пунктов Верхнекамья.

П ермская ГРЭС является одним из основных поставщиков электроэнергии в Уральский и Приволжский регионы и одной из наиболее мощных тепловых электростанций в Европе. Пермская ГРЭС расположена в 5 км северо-западнее города Добрянка Пермского края, на левом берегу Камского водохранилища. Топливом для энергоблоков является природный газ Уренгойского и Ямбургского месторождений, поступающий на электростанцию по ответвлениям от магистральных газопроводов.

Установленная электрическая мощность станции составляет 2 400 МВт, а установленная тепловая мощность - 620 Гкал/ч. На её долю приходится почти 40% энергомощностей Пермского края, она является самой крупной электростанцией Прикамья и может обеспечивать более 50% потребностей региона в электроэнергии. В настоящее время электроэнергия, вырабатываемая Пермской ГРЭС, в северном направлении поступает в Березниковско - Соликамский промышленный узел, в восточном направлении - в центр Свердловской области и в западном направлении - в Пермско–Закамский энергоузел, граничащий с двумя промышленными регионами: Удмуртской республикой и Республикой Башкортостан.

Для передачи электрической энергии от станции, ее распределения между потребителями, а также на их территории — к отдельным электроприемникам, служат электрические сети. Передача электрической энергии от электрической станции к потребителям сопровождается нагреванием проводов, а следовательно, потерей части энергии, выработанной станцией.

Чем больше расстояние от электростанции до потребителя, т.е. чем длиннее линия и больше передаваемая мощность, при прочих равных условиях, тем выше относительная потеря мощности. В целях сокращения потерь энергии в проводах целесообразно осуществлять ее передачу высоким напряжением.

На электрических станциях устанавливают генераторы напряжением 6,3; 10,5; 15,75; 18 кВ. Указанные напряжения, хотя и являются высокими, но для передачи больших мощностей на далекие расстояния все же приводят к значительным потерям в линии.

Для получения более высоких напряжений на станциях устанавливают трансформаторы, повышающие генераторное напряжение до 38,5; 221; 242; 347; 525; 787 кВ.

При этих напряжениях осуществляют передачу энергии к центру ее потребления, где устанавливают трансформаторы, понижающие напряжение до 35 - 6,3 кВ. При таких, более низких напряжениях распределяют энергию к отдельным предприятиям и другим потребителям.

Все элементы энергетической системы объединяются общностью процессов производства, распределения и потребления энергии, находятся под единым техническим и организационным руководством и контролем. Обычно в такие системы входят не только электрические, но и тепловые сети и потребители тепловой энергии.

Путь электрической энергии от электростанции до потребителей:

Таким образом, система электроснабжения состоит из электрических станций, электрических сетей (кабельных и воздушных), понижающих и повышающих трансформаторных подстанций.

Для получения информации по электроснабжению нашего города мы обратились в Муниципальное унитарное предприятие "Коммунальные электрические сети»" Александровского муниципального района.

Нам предоставили схему электроснабжения города Александровск.

Но данная информация нам оказалась непонятной. Поэтому возникла необходимость:

1.Обратиться к специалисту МУП «КЭС» для уточнения расположения объектов передачи электроэнергии;

2. Создания карты системы электроснабжения нашего города, которая будет доступна для ребят школьного возраста, и её можно будет использовать на уроках физики.

2.3 Создание карты электроснабжения города Александровск.

Изучая схему электроснабжения со специалистом МУП «КЭС» Поповым А.В., мы выяснили , где находиться подстанция Александровская, которая запитывается питанием с трех сторон (с города Кизела, с Шахты №6 Кизеловского района и с п.Яйва Александровского района). Она располагается между городом и п.Лытвенский за железной дорогой.

Далее с подстанции Александровская тянутся три фидера на РП1-распределительная подстанция, которая находиться по улице Машиностроителей 1.

Ф идер электрический — это любой вводной кабель. Обычно это понятие используется для определения кабеля, питающего подстанцию, понижающую высокое напряжение до 0,4кВ. Он обозначает не тип устройства, а функциональные части схемы. Чаще всего это линия 6-10кВ, питающая трансформаторы и соединяющая их с масляным выключателем или разъединителем.

РП1 по линиям передачи 6-10кВ питание идет на другие фидеры. С других фидеров, питаются уже трансформаторы (ТП). С трансформаторов по линиям передач (0,4кВ) питаются уже улицы и жилые дома.

Мы прошли по улицам города и увидели расположение ТП, которые определены на схеме. После определения местонахождения в нашем городе подстанции и трансформаторов, я приступил к созданию карты системы электроснабжения нашего города.

При создании карты, мы обратились к картографическому методу. Данный метод представляет собой метод исследования, основанный на получении необходимой информации с помощью карт для научного и практического познания отображенных на них явлениях (отображения объективной реальности).

Мы определили примерный масштаб местности 1: 2000 метров. Изобразили только основные улицы нашего города и отобразили на ней расположение трансформаторных подстанций (ТП), которые мы наблюдали при обходе города и (РП)- распределительную подстанцию.

Заключение.

Электричество, неотъемлемая часть нашей жизни, без которой современный человек не представляет своего существования, даже не задумываясь о сути столь важного процесса.

Электроэнергию в глобальных масштабах человечество получает в основном путем преобразования из механической. Электростанции оснащены огромными турбинами, которые вращает либо вода, либо водяной пар.

Выработанная энергия поступает к потребителям по линиям электропередач ЛЭП, так как беспроводной способ пока еще фантастика, хотя и приближенная к реальности.

Особое значение уделяется уменьшению потерь энергии. Для этого служат трансформаторные подстанции ТП. После электростанции трансформатор повышает напряжение, чтобы уменьшить силу тока, тем самым снизить тепловые потери по закону Джоуля –Ленца. Перед потребителями стоят понижающие ТП, которые уменьшают напряжение для использования.

В своей работе я выяснил, что такое система электроснабжения города, как работает гидроэлектростанция. Схема работы ТЭЦ нагревается котел с водой, вода превращается в пар. Пар вращает турбину, а турбина вращает генератор, который и вырабатывает электрический ток. В данном случае сжигают газ.

Электричество по линиям электропередачи направляется к нам в город.

Также выяснили, что наш город питают две электростанции (Яйвинская ГРЭС, Пермская ГРЭС), где расположены на местности трансформаторы и как распределяется электроэнергия по всему городу.

Мы изучили систему электроснабжения нашего города с помощью схемы, полученной в Муниципальном унитарном предприятии "Коммунальные электрические сети»" Александровского муниципального района и создали карту электроснабжения нашего города.

Данная карта станет наглядным пособием при изучении темы «Производство, передача и использование электроэнергии» на уроках физики в 9 и 11 классах.

Сложно переоценить важность электричества, это явление не просто облегчает нашу действительность, оно в прямом смысле дает жизнь всему живому и обеспечивает взаимодействие всех существ и веществ на планете.

4. Обзор литературы.

1.https://bstudy.net/618389/tehnika/shemy_ustroystvo_gorodskih_elektricheskih_setey

2. https://www.unipro.energy/activities/production/

3. https://nashural.ru/article/promyshlennost-urala/yajvinskaya-gres-svet-i-teplo-permskogo-kraya/

4. https://zavodfoto.livejournal.com/4030786.html

5. http://electricalschool.info/main/osnovy/2265-snabzhenie-elektricheskoy-energiey-predpriyatiy.html

6. https://profazu.ru/elektrosnabzhenie/elektroset/fider-v-elektroenergetike.html

7. https://yandex.ru/turbo/generator98.ru/s/montazh-elektroprovodki/fider-elektrosnabzhenie.html

8. https://kineziolog.su/content/kartograficheskiy-metod-issledovaniya-v-landshaftovedenii

9. https://beelead.com/vazhnost-elektroenergii/