Elektrinių ir pastočių pagrindiniai įrenginiai

Elektrinių ir pastočių pagrindiniai įrenginiai

Elektrinių generatoriai per elektros skirstyklą yra sujungti su elektros perdavimo linijomis. Šiuolaikinių elektros generatorių galia yra didelė, todėl sumažinant energijos nuostolius generatoriai prie skirstyklos ar perdavimo linijų jungiami per paaukštinančius transformatorius, kurie generatorių įtampą pakelia iki elektros perdavimo tinklų įtampos 69-1150 kV. Europos Sąjungoje aukščiausia elektros perdavimo tinklų įtampa yra 400 kV, Šiaurės Amerikoje – 765 kV, NVS – 1150 kV.

Kuo įtampa aukštesnė, tuo plonesniais laidikliais (srovėlaidžiais) galima perduoti tą pačią galią, tačiau kuo aukštesnė įtampa, tuo brangesni įrenginiai (izoliacija).

Skirstykloje yra įrengti elektros komutaciniai aparatai (jungtuvai, kurie nutraukia ar įjungia elektros srovę, skyrikliai, kurie atskiria ar prijungia įtampą), renkamosios ir jungiamosios šynos, pagalbiniai įrenginiai, o taip pat apsaugos, automatikos įtaisai, matavimo prietaisai bei informacijos surinkimo ir perdavimo priemonės.

Elektros perdavimo linijos perduoda elektrą iš elektrinių dideliais atstumais skirstomiesiems tinklams. Elektros perdavimo linijos su pastotėmis, kuriose jos sujungiamos, sudaro elektros perdavimo tinklus. Perdavimo tinkluose, užtikrinant perdavimo patikimumą, elektra kiekvieną tinklo mazgą pasiekia keliais takais, t.y. elektros perdavimo linijos sudaro kontūrus (kilpas) – elektros perdavimo tinklas yra uždaras.

Elektros linijas sudaro laidai, kuriais perduodama energija, atramos, izoliatoriai ir armatūra, kuria laidai tvirtinami prie izoliatorių, o izoliatoriai prie atramų. Elektros perdavimo linijos daugiausia yra oro, t.y. pagrindinė izoliacija tarp fazinių laidų yra oras. Elektros perdavimo oro linijų laidai dažniausia yra iš aliuminio (ar jo lydinių) vielų, suvytų apie plieno vielų šerdį. Suvytų plieno vielų šerdis suteikia laidams mechaninį stiprumą. Mažesnės kaip 330 kV elektros perdavimo linijos viena fazė yra vienas laidas. Pradedant nuo 330 kV kiekviena fazė susideda iš dviejų ar daugiau laidų. Fazėje laidai skaidomi į kelis siekiant mažinti galimybę atsirasti vainikiniam išlydžiui (koronai) ir sumažinti elektros linijos reaktyviąją varžą (nuolatines sroves panaudojimas). Vainikinis išlydis atsiranda, kai laido paviršiuje elektrinio lauko stiprumas pasiekia tokį dydį, kad oras apie laidą jonizuojasi, t.y. apie laidą susidaro tamsoje švytintis vainikas, o tai žymiai didina nepageidaujamus energijos nuostolius.

Laidai tvirtinami prie izoliatorių, dažniausia prie jų girliandų, o izoliatoriai ar jų girliandos – prie atramų. Ant atramų taip pat tvirtinami apsauginiai laidai (įžeminimo trosai), kurie elektros linijas saugo nuo žaibų. Į apsauginius laidus gali būti įmontuoti ir optiniai kabeliai informacijai perduoti. Elektros linijų laidais gali būti perduodama ne tik elektra, bet ir aukštu dažniu informacija, reikalinga sistemos valdymui.

Elektros linijų atramos būna medinės, gelžbetoninės, metalinės. Atramų konstrukcija priklauso ne tik nuo įtampos, bet ir mechaninių apkrovų, kurias nulemia laidų svoris, galimas vėjo stiprumas, galimo laidų apšalo storis bei atstumas tarp atramų.

Elektros linijų izoliatoriai būna iš porceliano, stiklo ar sintetinių medžiagų. Kuo aukštesnė įtampa, tuo daugiau izoliatorių girliandoje. Izoliatorių forma parenkama pagal įtampos dydį, vyraujančias klimatines sąlygas.

Elektros linijos tarpusavyje ar su skirstomaisiais tinklais jungiamos elektros pastotėse, kurias sudaro aukštesnės ir žemesnės įtampos skirstyklos bei jas jungiantys transformatoriai ar autotransformatoriai. Pastočių transformatoriais įtampa paprastai pažeminama iki skirstomųjų tinklų įtampos, o autotransformatoriais – iki perdavimo tinklo žemesnės įtampos, t.y. autotransformatorių transformacijos koeficientas nėra didelis. Autotransformatoriai pastotėse yra jungiami lygiagrečiam darbui. Transformatoriai, kurie įtampą sumažina iki skirstomojo tinklo įtampos, lygiagrečiam darbui nejungiami, siekiant sumažinti trumpųjų jungimų sroves ir tuo atpiginti skirstomųjų elektros tinklų įrenginius.

Sinchroniniai generatoriai ir kompensatoriai. Elektrinėse naudojami trifaziai kintamosios srovės iki 500 MW ir daugiau galios generatoriai. Pagrindiniai duomenys (PD) – įtampa (6-30 kV), dažnis (50 arba 60 Hz), galingumas, statoriaus ir rotoriaus srovės, galios koeficientas.

Paplitę trifaziai, kintamos srovės, greitaeigiai 3000 aps./min. turbogeneratoriai. Nuo 25 MW  generatoriai yra aušinami vandeniliu, tai to paties gabarito įrenginio galią leidžia padidinti daugiau kaip 20 %.

Sinchroniniai kompensatoriai naudojami deficitinio - reaktyvinio galingumo gamybai atskiruose energetinės sistemos mazguose, kur yra reaktyviosios galios deficitas. Jie gaminami 600- 1000 aps/min. greičiams, o rotorius turi išreikštus polius.

Sinchroninių generatorių ir kompensatorių žadinimo grandinėse įrengiami automatiniai žadinimo srovės forsavimas ir automatinis įtampos reguliavimas, kuriais generuojamą įtampą galima stabilizuoti ir reguliuoti. Generatoriai dirba lygiagrečiai į bendrą tinklą, todėl juos paleidžiant naudojama tikslioji sinchronizacija, o kartais savisinchronizacija. Pastaruoju atveju generatoriai sužadinami 10-20% vardine srove, jungiami į tinklą ir sužadinami.

Galios transformatoriai. Naudojami šių įtampų transformatoriai 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500 ir 750 kV. PD - galingumas P, pirminė I₁ ir antrinė I₂ srovė, plieno ir vario nuostoliai, trumpo jungimo įtampa U_tr ir jungimo grupė, izoliacijos ir aušinimo tipas, autotransformatoriams - įtampos reguliavimo ribos ir žingsnis.

Visiems transformatoriams leidžiami normalūs ir avariniai perkrovimai, pvz.: priverstinio aušinimo su izoliacine alyva leidžiami iki 30 % vardinio galingumo. Priklausomai nuo galios ir eksploatacijos sąlygų naudojami šie aušinimo būdai: natūralus alyvos, alyvos su oro pūtimu, alyvos su priverstine cirkuliacija per vandens arba oro ventiliatorių aušintuvus, natūralus oro aušinimas sausai izoliacijai.

Priklausomai nuo galios ir eksploatacijos sąlygų naudojami tokie transformatorių aušinimo būdai:

1. Natūralus alyvos aušinimas.

2. Alyvinis aušinimas apipučiant aušintuvą oru.

3. Alyvos su priverstine cirkuliacija per vandens aušintuvą.

4. Alyvos su priverstine cirkuliacija per aušintuvą aušinamą oro ventiliatoriumi.

5. Natūralus transformatorių su sausąja izoliacija aušinimas.

Izoliatoriai ir šynos. Izoliatoriai skirstomi į linijų - naudojama oro linijų laidams tvirtinti, elektrinių ir pastočių - naudojama tvirtinti šynas prie skirstomųjų įrenginių, įrenginių - naudojama įvadų tvirtinimui ir išvedimui, gali būti atraminiai ir pravedamieji.

Šynos gaminamos iš vario, aliuminio ir plieno, apvalaus ir stačiakampio skerspjūvio. Priklausomai nuo srovės dydžio šynos vienai fazei surenkamos iš vienos, dviejų ir daugiau juostų viename pakete.

Skyrikliai, skirtuvai ir jungtuvai. PD – vardinė ir maksimali darbo įtampos, vardinė darbo ir atjungimo srovės, vardinis galingumas, maksimali terminio atsparumo srovė.

Skyrikliai naudojami virš 1 kV elektros tinkluose mažų srovių atjungimui. Leidžiama išjungti neapkrautą tr-rių, įžeminti tr-rių ir lanką gesinančių ričių neutralias, elektros linijų išlyginimo ir įžeminimo sroves, taip pat nedideles elektros krūvio sroves.

Jungtuvai bei skirtuvai skirti atjungti darbines ir trumpo jungimo sroves. Jungtuvai skirstomi į didelio alyvos tūrio bakinius, mažo alyvos tūrio puodinius, orinius, vakuuminius ir dujinius.

Skyrikliai, skirtuvai bei jungtuvai pavaros pagalba įjungiami ir atjungiami rankiniu, distanciniu ir automatiniu būdu. Pavaros gali būti rankinės, elektromagnetinės (solenoidinės), spyruoklinės, elektros variklinės ir pneumatinės.

Siekiant atpiginti pastotės vietoj nuolatinės operatyviosios srovės gaunamos iš akumuliatorių baterijų, naudojama kintama operatyvinė srovė gaunama iš transformatorių, skirtų saviems reikalams. Be išvardintų jungtuvų pavarų rūšių yra naudojamos pavaros su tiesiaeigiais asinchroniniais varikliais. Tokios pavaros tinka pastotėms su kintamąją operatyviąją srove. Cilindrinės konstrukcijos tiesiniams varikliams iš tinklo ima kelis kartus silpnesnę srovę negu kintamos srovės elektromagnetai.

Srovės ir įtampos transformatoriai. PD - vardinė srovė arba įtampa, transformacijos koeficientas, vardinis apkrovimas (srovės tr.) ir tikslumo klasė.

Srovės tr-riai skirti sumažinti matuojamą arba kontroliuojamą srovę žemos įtampos tinkle ir atskirti aukštos įtampos grandines nuo matavimo bei apsaugos grandinių. Srovės tr-riai gaminami įvairiai pirminei srovei, o antrinė srovė - 1 arba 5 A. Į antrąją apviją jungiamų prietaisų skalė graduojama pagal pirminę srovę.

Įtampos tr-riai naudojami matavimo prietaisų prijungimui, apsaugos prietaisų įtampos grandinių maitinimui ir tuo pačiu juos atskirti nuo aukštos įtampos. Standartinė įtampos tr-rių antrinių apvijų įtampa – 100V arba =173 V.

Matavimo tr-riai gaminami 0,2 - laboratorijoms, 0,5 - elektros energijos skaitikliams, 1 - matavimo prietaisams, 3 - relinei apsaugai ir 10 - tik srovės transformatoriams tikslumo klasių.

Kintamos įtampos kontrolei gali būti naudojami kondensatoriniai, o nuolatinės varžiniai įtampos  dalikliai.

Reaktoriai. PD - vardinė įtampa ir srovė, induktyvinė varža. Reaktoriai naudojami trumpo jungimo srovei apriboti, siekiant sumažinti šios srovės terminį ir mechaninį poveikį įrenginiams. Tai didelio induktyvumo ritė su maža aktyvine varža ir be plieno šerdies, dėl ko induktyvumas nepriklauso nuo srovės dydžio.

Elektros perdavimo linijos. PD – vardinė srovė ir įtampa (0,4 - 35 , 60-230, 330 – 1150 kV), laidininko medžiaga ir skerspjūvis, izoliacijos tipas, terminis atsparumas, eksploatacinės sąlygos.

Elektros perdavimo linijos pagal tipą g. b. oro, oro kabelinės, kabelinės, pagal išpildymą g. b. viengrandės, dvigrandės, daugiagrandės.

Kitas skyrius

Prie pastočių žemesnės įtampos skirstyklos jungiamos skirstomojo elektros tinklo linijos. Siekiant sumažinti trumpųjų jungimų sroves, bei turėti galimybę paprasčiau nustatyti ir likviduoti gedimus skirstomajame tinkle, skirstomojo tinklo linijos nesudaro uždarų kontūrų, t.y. yra spindulinės (radialinės), - elektros skirstomasis tinklas yra atviras.

Skirstomieji tinklai būna bendro naudojimo, prie kurių jungiami jų aptarnaujamos teritorijos įvairūs vartotojai, ir stambių vartotojų, prie kurių jungiami tik tos įmonės elektros vartotojai. Skirstomieji tinklai yra vidutinės įtampos - nuo 6 kV iki 110 kV (Lietuvoje 6-35 kV) ir žemos įtampos – nuo 230 V iki 660 V (Lietuvoje –380 V). Prie vidutinės įtampos skirstomųjų tinklų stambus elektros imtuvai jungiami tiesiogiai (jei jie aukštos įtampos – 6 kV ir 10 kV) ar per transformatorių, o prie žemos įtampos - elektros imtuvai jungiami tiesiogiai. Vidutinės įtampos skirstomieji elektros tinklai su žemos įtampos tinklais sujungti per skirstomuosius transformatorius.

Atskiras skirstomasis elektros tinklas turi nelabai didelę įtaką elektros sistemos darbui, tačiau skirstomųjų elektros tinklų darbo kokybė nulemia vartotojams tiekiamos elektros kokybę ir, didele dalimi, patikimumą. Iš kitos pusės, atskiri elektros vartotojai, jų darbo režimas gali turėti pastebimą įtaką skirstomųjų elektros tinklų darbui. Tokia abipusė priklausomybė skatina tamprų skirstomųjų tinklų ir elektros vartotojų bendradarbiavimą, nes tik abipusis supratimas gali garantuoti patikimą ir kokybišką apsirūpinimą elektra.

Kai į bendrą elektros tinklą elektrą perduoda ne viena elektrinė, elektrinių darbą reikia koordinuoti, nes elektros sistemos elektrinės kiekvienu momentu kartu turi gaminti tiek elektros, kiek tuo metu pareikalauja prie elektros tinklo prijungi vartotojai. Nei daugiau, nei mažiau. Taigi, pirmasis ir svarbiausias elektros sistemos valdymo (dispečerinio) centro uždavinys – koordinuoti elektrinių darbą ir paskirstyti suminę elektros sistemos apkrovą tarp generatorių, t.y. nustatyti kiek kuris generatorius turi gaminti galios, kad bendra vartotojų elektros paklausa būtų patenkinta. Teritorija, kurioje valdymo centras užtikrina elektros paklausos ir pasiūlos balansą, yra vadinama valdymo (reguliavimo) sritimi (angliškai – control area). Elektros sistemos valdymo centro darbui reikalinga gausybė įrenginių ir procedūrų. Tai stebėsenos (monitoringo) ir informacijos perdavimo (telemetrijos ir telekomunikacijos) įrenginiai, kurie nuolat informuoja apie elektrinių generatorių darbą ir sistemos būvį. Kompiuteriniai analizės ir duomenų apdorojimo įtaisai kartu su inžinerinės ekspertizės metodais ir programine įranga padeda nustatyti, kaip dirba generatoriai, elektros perdavimo linijos, reguliatoriai, komutaciniai įrenginiai ir kiti prietaisai, kurie praktiškai valdo generatorius ir elektros linijas. Valdymo centro įrenginiai ir procedūros paprastai yra apjungtos į tris viena kitą dubliuojančias sistemas, kurios gali būti integruotos į vieną energijos valdymo sistemą (EVS, angliškai – EMS, energy management system). EVS sudaro automatinio generacijos valdymo sistema (AGV, angliškai – AGC, automatic generation control), kuri koordinuoja elektrinių gamybą, valdymo priežiūros ir duomenų surinkimo sistema (SCADA – supervisory control and data aquisition), kuri koordinuoja elektros linijų įrenginius ir generatorių įtampas, ir ištobulinta kompiuterinė analizės sistema, įgalinanti stebėti ir įvertinti sistemos gyvybingumą, jos darbą bei jį planuoti. Todėl šiuolaikinių elektros sistemų valdymo centrų, kartu ir pačios sistemos, darbas neįmanomas be reikiamos informacinės sistemos. Informacinės sistemos ir technologijos, kaip ir tinkamos kvalifikacijos specialistai, yra būtini patikimai dirbančių šiuolaikinių elektros sistemų komponentai. Reikia pabrėžti, kad elektros sistemose iš universitetų atėję specialistai savarankiškai gali pradėti dirbti tik po 5-10 metų.

ELEKTROS SISTEMOS DARBO KOORDINAVIMAS IR PLANAVIMAS

Elektros sistemos technologiniame procese dalyvauja ne viena įmonė, o keletas, tarpusavyje susijusių daugybė tiek elektrinių, tiek mechaninių įrenginių. Elektrinės gali turėti po kelis ar net keliolika generatorių, gali būti keliasdešimt elektros perdavimo linijų, pastočių, skirstomųjų tinklų, kurie tiekia elektrą šimtams ar net tūkstančiams vartotojų, turintiems daugybę įvairių elektros prietaisų, kurie bet kada gali būti įjungi ar išjungti. O kaip jau minėta, elektros sistemoje kiekvienu momentu elektros turi būti gaminama tiek, ir tik tiek, kiek pareikalauja vartotojai. Todėl elektros sistemos darbas turi būti planuojamas, o įrenginių darbas koordinuojamas. Per dešimtmečius susiformavo metodai ir priemonės, kaip tai daryti.