Электроснабжение, служит для обеспечения электроэнергией всех отраслей хозяйства: промышленности, сельского хозяйства, транспорта, городского хозяйства и т. д. В систему Э. входят источники питания, повышающие и понижающие подстанции электрические, питающие распределительные электрические сети, различные вспомогательные устройства и сооружения. Основная часть вырабатываемой электроэнергии потребляется промышленностью, например в СССР — около 70% (1977). Структура Э. определяется исторически сложившимися особенностями производства и распределения электроэнергии в отдельных странах. Принципы построения систем Э. в промышленно развитых странах являются общими. Некоторая специфика и местные различия в схемах Э. зависят от размеров территории страны, её климатических условий, уровня экономического развития, объёма промышленного производства и плотности размещения электрифицированных объектов и их энергоёмкости.
Источники питания. Основные источники питания электроэнергией — электростанции и питающие сети районных энергетических систем. На промышленных предприятиях и в городах для комбинированного снабжения энергией и теплом используют теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), мощность которых определяется потребностью в тепле для технологических нужд и отопления. Для крупных энергоёмких предприятий, например металлургических заводов с большим теплопотреблением и значительным выходом вторичных энергоресурсов, сооружаются мощные ТЭЦ, на которых устанавливают генераторы, вырабатывающие ток напряжением до 20 кв. Такие электростанции, обычно расположенные за пределами завода на расстоянии до 1—2 км, имеют районное значение и, кроме предприятия, снабжают электрической энергией и теплом близлежащие промышленные и жилые районы. Для разгрузки источников питания в часы пик служат так называемые «потребители-регуляторы», которые без существенного ущерба для технологического процесса допускают перерывы или ограничения в потреблении электроэнергии. К числу таких электроприёмников относится, например, большинство электропечей, обладающих значительной тепловой инерцией, некоторые электролизные установки, которые позволяют выравнивать графики нагрузок в энергетических системах.
Напряжения в системах Э. являются оптимальными значениями, проверенными на практике. В каждом конкретном случае выбор напряжения зависит от передаваемой мощности и (от расстояния источника питания до потребителя. Шкалы напряжений, принятые в разных странах, не имеют между собой принципиальных различий. Используемые в СССР напряжения (6, 10, 20, 35, 110, 220, 300 кв и т. д.) характерны и для других стран. В шкалах некоторых стран имеются напряжения промежуточных значений, которые были введены на раннем этапе строительства электрических сетей и продолжают использоваться, хотя в ряде случаев уже и не являются оптимальными. Питание электроэнергией крупных промышленных и транспортных предприятий и городского хозяйства осуществляется на напряжениях 110 и 220 кв (в США часто 132 кв), а для особо крупных и энергоёмких — 330 и 500 кв. Распределение энергии на первых ступенях при этом выполняется на напряжении 110 или 220 кв. Напряжение 110 кв применяется чаще, т. к. в этом случае легче разместить воздушные линии электропередачи на застроенных территориях предприятий и городов. Распределение энергии между потребителями при напряжении 220 кв целесообразно тогда, когда это напряжение является также и питающим. При определённых условиях имеет преимущества сетевое напряжение 60—69 кв (применяется в ряде стран Западной Европы и в США). Напряжение 35 кв используют в питающих и распределительных сетях промышленных предприятий средней мощности, в небольших и средних городах и в сельских электрических сетях, а также для питания на крупных предприятиях мощных электроприёмников: электропечей, выпрямительных установок и т. п. Напряжение 20 кв используется сравнительно редко для развития сетей, имеющих это напряжение; оно может оказаться целесообразным в районах с небольшой плотностью электрических нагрузок, а также в больших городах и на крупных предприятиях при наличии ТЭЦ с генераторным напряжением 20 кв. Напряжения 10 и 6 кв применяют при распределении электроэнергии (на различных ступенях Э.) на промышленных предприятиях, в городах и др. Эти напряжения пригодны также для питания объектов небольшой мощности, недалеко отстоящих от источника питания. В большинстве случаев целесообразно использование напряжения 10 кв в качестве основного. При этом питание электродвигателей производится от понизительных подстанций 10/6 кв по схеме трансформатор — двигатель или от обмоток 6 кв трансформатора 110/220 кв с расщепленными вторичными обмотками (10и 6 к; 6).
Схемы систем Э. строят, исходя из принципа максимально возможного приближения источника электроэнергии высшего напряжения к электроустановкам потребителей с минимальным количеством ступеней промежуточной коммутации и трансформации. Для этих целей применяют т. н. глубокие вводы (35—220 кв) кабельных и воздушных линий электропередачи. Понижающие подстанции размещаются в центрах расположения основных потребителей электроэнергии, т. е. в центрах электрических нагрузок. В результате такого размещения снижается потеря электроэнергии, сокращается расход материалов, уменьшается число промежуточных сетевых звеньев, улучшается режим работы электроприёмников. Элементы системы Э. несут постоянную нагрузку, рассчитываются на взаимное резервирование с учётом допустимых перегрузок и разумного ограничения потребления электроэнергии и в послеаварийном режиме, когда производятся восстановительные работы на поврежденном элементе или участке сети. В большинстве случаев предусматривается раздельная работа элементов с использованием средств автоматики и глубокого секционирования всех звеньев. Параллельная работа применяется лишь при необходимых обоснованиях.
Глубокие вводы выполняют магистральными и радиальными линиями (рис. 1) в зависимости от условий окружающей среды, застройки территории и др. факторов. Схема ввода кабельных радиальных линий непосредственно в трансформатор подстанции является простейшей наиболее компактной и надёжной. При использовании глубоких вводов возможно применение компактных, полностью закрытых ячеек КРУЭ (комплектных распределит, устройств с элегазовым наполнением) на напряжение 110 кв.
Схемы распределит, сетей 6—20 кв выполняют магистральными, радиальными или смешанными (рис. 2) с модификациями по степени надёжности. Первые ступени Э. крупных предприятий обычно выполняют по магистральным схемам с мощными токопроводами 6—10 кв, от которых через распределительные пункты питаются цеховые трансформаторные пункты. В городских сетях при напряжениях 6 и 10 кв применяют петлевые, двухлучевые и многолучевые схемы, являющиеся разновидностями магистральных.
На крупных узловых подстанциях 110—220 кв (на больших заводах, в городах с развитой электрической сетью, большим числом присоединений и т. п.) электрические схемы обычно имеют двойную систему шин. При напряжениях 6 и 10 кв в крупных распределительных устройствах в случае необходимости разделения питания или выделения потребителей (например, на крупных преобразовательных подстанциях) двойная система шин позволяет переводить некоторые агрегаты на пониженное напряжение, сохраняя для прочих потребителей нормальное напряжение. В потребительских электроустановках наиболее часто используют схемы подстанций с одной системой секционированных шин с применением (при необходимости) автоматики на секционных выключателях или вводах. При частых оперативных переключениях и ревизиях (осмотрах и проверках) выключателей целесообразными являются схемы с обходной (дополнительной) системой шин, которая позволяет произвести ревизию или ремонт любой рабочей системы шин и любого выключателя без перерыва питания. Эти схемы применяют, например, на крупных электропечных подстанциях промышленных предприятий. Распространены простейшие схемы подстанций без шин первичного напряжения на подстанциях глубоких вводов 210 и 220 кв и на трансформаторных подстанциях 10 и 6 кв, питаемых по блочным схемам линия — трансформатор (см. рис. 1 и 2). На трансформаторных подстанциях на стороне 10 и 6 кв ставят выключатели нагрузки, а при радиальном питании применяют глухое присоединение трансформаторов.
На крупных объектах рационально строительство электрических сетей с мощными токопроводами 10 и 6 кв (взамен большого числа кабелей), кабельных эстакад и галерей (вместо дорогих и громоздких туннелей), прокладка кабелей 110 и 220 кв (взамен воздушных линий).
Надёжность Э. зависит от требований бесперебойности работы электроприёмников. Необходимая степень надёжности определяется тем возможным ущербом, который может быть нанесён производству при прекращении их питания. Существуют 3 категории надёжности электроприёмников. К 1-й категории относят те, питание которых обеспечивают не менее чем 2 независимых автоматически резервируемых источника. Такие электроприёмники необходимы на объектах с повышенными требованиями к бесперебойности работы (например, непрерывное химическое производство). Наилучшие в этом случае схемы Э. с территориально разобщёнными независимыми источниками. Допустимый перерыв в Э. для некоторых производств не должен превышать 0,15—0,25 сек, поэтому важным условием является необходимое быстродействие восстановления питания. Для особо ответственных электроприёмников в схеме Э. предусматривают дополнительный третий источник. Ко 2-й категории относятся электроприёмники, допускающие перерыв питания на время, необходимое для включения ручного резерва. Для приёмников 3-й категории допускается перерыв питания на время до 1 сут, необходимое на замену или ремонт поврежденного элемента системы.
Качество электроэнергии. В системы Э. часто входят электроприёмники, работа которых сопровождается ударными нагрузками и неблагоприятно отражается на работе других («спокойных») электроприёмников, общем режиме работы системы, на качестве электроэнергии (см. Электроэнергии качество). К таким электроприёмникам относятся вентильные преобразователи, дуговые электропечи, электросварочные аппараты, электровозы, работа которых сопровождается резкопеременными толчками нагрузки, колебаниями напряжения, снижением коэффициента мощности, образованием высших гармоник, возникновением несимметрии напряжений. Показатели качества электроэнергии улучшаются при повышении мощности короткого замыкания в точке сети, к которой приключены электроприёмники с неблагоприятными характеристиками. Чтобы создать такие условия, уменьшают реактивное сопротивление питающих линий, не включая в них реакторы электрические или уменьшая их реактивность, исключая из схем токопроводы и др. При этом должна быть соответственно увеличена отключаемая мощность выключателей.
Вопросы улучшения качества электроэнергии решаются комплексно при проектировании систем Э. и электропривода. Хорошие результаты даёт разделение питания электроприёмников с ударными и т. н. спокойными нагрузками путём присоединения их к разным трансформаторам и различным ветвям расщепленных трансформаторов или плечам сдвоенных реакторов. Улучшению качества электроэнергии способствует внедрение в схемы Э. электроприводов с пониженным потреблением реактивной мощности, применение многофазных схем выпрямления и др. При недостаточности этих мероприятий применяют специальные устройства: синхронные компенсаторы с быстродействующим возбуждением, большой кратностью перегрузки по реактивной мощности (в 3—4 раза), работающие в т. н. режиме слежения за реактивной мощностью электроприёмников; синхронные электродвигатели со спокойной нагрузкой, присоединяемые к общим с вентильными преобразователями шинам и имеющие необходимую располагаемую мощность и быстродействующее возбуждение с высоким уровнем форсировки; статические источники реактивной мощности с высоким быстродействием, безынерционностью и плавным изменением реактивной мощности; продольную ёмкостную компенсацию, дающую возможность мгновенного безынерционного и непрерывного автоматического регулирования напряжения; силовые резонансные электрические фильтры для гашения высших гармоник.
Лит.: Князевский Б. Л., Липкин Б. Ю., Электроснабжение промышленных предприятий, М., 1969; Крупович В. И., Ермилов А. А., Трунковский Л. Е., Проектирование и монтаж промышленных электрических сетей, М., 1971; Козлов В. А., Билик Н. И., Файбисович Д. Л., Справочник по проектированию систем электроснабжения городов, Л., 1974; Ермилов А. А., Основы электроснабжения промышленных предприятий, 3 изд., М., 1976.
А. А. Ермилов.
Рис. 1. Схема глубоких вводов 110 и 220 кв: а - радиальная; б - магистральная; ПГВ - подстанции глубокого ввода; УРП - узловая распределительная подстанция.
Рис. 2. Схемы сетей 6 и 10 кв: а — двухступенчатая радиальная с промежуточными распределительными пунктами (РП); б — магистральная с токопроводами; в — двухлучевая с автоматическим включением резерва (АВР) на напряжение 0,4 кв; ГПП — главная понизительная подстанция; ТП — трансформаторная подстанция.