Глава VIII. Краткое описание распределительных сетей. Масштаб и очередность сооружений.

Глава VIII. Краткое описание распределительных сетей. Масштаб и очередность сооружений

Схема распределения электрической энергии

 Вырабатываемая на электроцентралях электрическая энергия пойдет к абонентам довольно сложным путем, подвергаясь разному числу трансформаций. Ранее чем перейти к определению масштаба сооружений для оборудования сетей различных напряжений, попытаемся расчленить весь поток энергии по отдельным руслам.

Из полной мощности станций — 1 320 тыс. кВт — оставляем в стороне существующие станции мощностью 90 тыс. кВт, так как они имеют свои сети, достаточные для распределения всей мощности этих станций, и кроме того отбрасываем мощность резервных машин — 180 тыс. кВт. Из остальной рабочей мощности новых станций —1 050 тыс. кВт — часть будет распределяться в ближайшем к станции районе с радиусом не свыше 10 км (средний радиус — 5 км) непосредственно при рабочем напряжении генераторов.

К этой части относятся:

1.
Вся нагрузка новых московских станций и новых машин, устанавливаемых на существующих
90 000 кВт
2.
5% от 950 000 кВт пойдет на собственные нужды станций (водоснабжение, конденсация, моторы котельной, освещение, транспортеры и пр.)
50 000 кВт
3.
По 5 000 кВт в среднем от каждой из 16 станций распределится для добычи торфа, угля, благоустройства станционного поселка, соседних населенных пунктов и промышленных предприятий, кустарей и сельского хозяйства
80 000 кВт
4.
На Белгородской, Владимирской и Тверской станциях будут установлены вращающиеся умформеры для электрификации соседних участков железных дорог. Таким образом будет распределено
80 000 кВт
 
Всего
300 000 кВт

Другая часть пойдет в районы с радиусом до 50 км (средний радиус считаем 30 км) при помощи напряжения 38 тыс. вольт.

Такие сети будут существовать примерно у 10 районных станций. Остальные станции ввиду отсутствия большой нагрузки, разбросанной на расстоянии от 10 до 30 км от них, и наличности почти всюду высоковольтных линий 115 тыс. вольт, могущих во многих случаях заменить сеть 38 тыс. вольт, не будут иметь вовсе в своих распределительных устройствах напряжения 38 тыс. вольт. Средняя нагрузка каждой из 10 станций на стороне 38 тыс. вольт может быть принята с достаточным вероятием в 10 тыс. кВт, что даст для 10 станций 100 тыс. кВт, из коих около 30 тыс. кВт поступит в железнодорожную сеть.

Остаток в размере [1 050 000—(300 000+100 000)]=650 000 кВт будет распределяться через посредство высоковольтных линий 115 тыс. вольт.

Эта энергия, пройдя повысительную подстанцию, линию 115 тыс. вольт и понизительную подстанцию, в свою очередь разделится на три потока: один посредством 6 600 или 3 300 вольт будет поступать в ближайший от подстанции район с радиусом не более 10 км (в среднем 5 км); другой будет распределяться при посредстве сети среднего напряжения 38 тыс. вольт по большему радиусу (средний радиус 30 км); третий пойдет через вращающиеся умформеры в сеть железнодорожных проводов.

Нагрузка, распределяемая непосредственно от высоковольтных подстанций, определяется в следующих количествах:

1.
Половина высоковольтных подстанций из 70 не имеет вовсе сетей 38 000 вольт. Передаваемая через них мощность ниже средней передаваемой мощности, которая близка к 10 000 кВт. Принимая для этих 35 подстанций среднюю передаваемую мощность в 6 000 кВт,  получим 35×6 000 =
210 000 кВт
2.
Остальные подстанции со средней передаваемой мощностью в (650 000 ‑ 210 000)/35 = 12 500 кВт будут, как общее правило, иметь сети как 38 000 вольт, так и 6 600 или 3 300 вольт. Через посредство последних для ближайших потребителей будет передаваться в среднем по 2 500 кВт, что составит 35×2 500 =
90 000 кВт
 
Всего
300 000 кВт

Из этой суммы половина, т. е. 150 тыс. кВт, пойдет в железнодорожные провода и 150 тыс. кВт — в сети 6 600 или 3 300 вольт.

Остальные 350 тыс. кВт будут переданы через посредство сетей 38 тыс. вольт с последующим понижением вольтажа до 6 600 (3 300) вольт и распределением по сетям этого напряжения.

Наконец, вся энергия, поступающая тем или иным способом в сеть 6 600 или 3 300 вольт, т. е. максимальная нагрузка (1 050 тыс. кВт) за вычетом 350 тыс. кВт, потребных (400 тыс. кВт со скидкою резерва) для электрификации железных дорог, для которых распределение энергии происходит через вращающиеся умформеры по специальным сетям, и за вычетом 50 тыс. кВт собственного расхода электроцентралей, или 650 тыс. кВт, делится на две части: одна поступает в крупные моторы при рабочем напряжении без дополнительной трансформации, другая, поступающая в мелкие моторы и осветительные установки, требует дополнительной трансформации до 210 вольт.

Считаем на моторы 6 600 и 3 300 вольт 10%, или 65 тыс. кВт, остальную мощность, т. е. 585 тыс. кВт, придется трансформировать до 210 вольт.

Для иллюстрации всего изложенного сводим цифры в таблицу:

1.
Передаваемая нагрузка через высоковольтные сети 115 000 вольт
650 000 кВт
2.
Передаваемая нагрузка через сети среднего напряжения 38 000 вольт:
 
 
а) непосредственно от электроцентралей
100 000 кВт
 
б) от подстанций 115 000 вольт
350 000 кВт
 
Всего
450 000 кВт
3.
Передаваемая нагрузка через сети 6 600 или 3 300 вольт:
 
 
а) непосредственно от электроцентралей (исключая собственный расход станций)
170 000 кВт
 
б) непосредственно от подстанций 115 000 вольт
150 000 кВт
 
в) от .подстанций 38 000 вольт: 70 000+260 000=
330 000 кВт
 
Всего
650 000 кВт
4.
Передаваемая нагрузка через сети 210 вольт
585 000 кВт

Перечень сооружений

Прежде всего наметим масштаб сооружений, нужных для осуществления законченного проекта электрификации Центрального района, т. е. всех трех очередей.

Мощность новых станций в круглых цифрах выражается суммой 1 200 тыс. кВт.

Протяженность воздушных линий 115 тыс. вольт со средним сечением проводов 3×70 мм², которые проектируются одинарными, равна согласно проекту 5 тыс. км, из них 50% предполагается исполнить на железных опорах, остальные — на деревянных.

Чтобы составить себе ясное представление о правильном проектировании высоковольтной сети, напомним, что при средней в Центральном районе действующей длине электропередач в 125 км по каждой линии 3×70 мм² можно было бы нормально передать до 20 тыс. кВт.

Разделяя 5 тыс. км на среднюю длину 125 км, получим 40 высоковольтных электропередач, способных передать 800 тыс. кВт, что как раз соответствует передаваемой через сети 115 тыс. вольт мощности в 650 тыс. кВт с небольшим необходимым резервом в 20%.

Число понизительных подстанций 115 тыс. вольт узловых средней мощностью 22 500 ква или около 15 тыс. кВт — 35 штук и промежуточных мощностью 12 тыс. ква или 8 тыс. кВт — 35 штук, что в сумме соответствует передаваемой мощности 650 тыс. кВт с резервом в 30%.

Общая протяженность воздушных линий 38 тыс. вольт со средним сечением проводов 3× 70 мм² — 4 тыс. км, причем все эти линии предположены на деревянных опорах. При средней длине линий в 30 км каждая может передать нормально 4 тыс. кВт, а все 135 линий — 450 тыс. кВт с необходимым резервом в 20%.

Число понизительных подстанций 38 тыс. вольт средней мощностью 4 500 ква или 3 тыс. кВт — 200 штук, что обеспечивает передачу 450 тыс. кВт с резервом в 30%.

Для распределения энергии между потребителями потребуется 21 тыс. км линий 6 600, 3 300 и 210 вольт, из которых 25% предполагается осуществить подземными кабелями и 75% — воздушными линиями на деревянных столбах.

Для понижения напряжения 6 тыс. или 3 тыс. вольт до 210 вольт, нужных для освещения и мелких моторов, на весь район потребуется 10 700 трансформаторных помещений средней мощностью около 70 кВт, что обеспечит распределение 585 тыс. кВт с резервом в 30%.

Очередность сооружений

Следующая таблица дает подразделение всех сооружений на три очереди в отношении порядка их осуществления. При этом необходимо указать, что высоковольтные сети, особенно 115 тыс. вольт, неизбежно будут опережать как оборудование построенных станций и постройку новых, так и устройство сетей низкого напряжения. Высоковольтные электропередачи, как общее правило, первые годы используются лишь в небольшом проценте своей пропускной способности и лишь после выполнения всего проекта и присоединения всех потребителей будут иметь нормальную нагрузку.

Таблица очередности новых сооружений для электрификации Центрального района

№
Наименование сооружений
I очередь
II очередь
III очередь
Всего
количество
%
количество
%
количество
%
количество

%
1
Электроцентрали, тыс. кВт
140
12
550
46
510
42
1 200

100
2
Линии 115 000 вольт, км
1 500
30
2 500
50
1 000
20
5 000

100
3
Понизительные подстанции 115 000 вольт, штук
20
29
35
50
15
21
70

100
4
Линии 38 000 вольт, км
1 000
25
2 000
50
1 000
25
4 000

100
5
Понизительные подстанции 38 000 вольт по 3 000 кВт, штук
50
25
100
50
50
25
200

100
6
Сети 6 600 и 3 300 вольт, км
3 000
14
10 000
48
8 000
38
21 000

100

Нагрузка и мощность станций по годам

Для большей наглядности ежегодный рост мощности электрических станций сопоставляем с ожидаемой нагрузкой. Последняя для 1921 г. слагается из нагрузки станций общественного пользования:

Московской Государственной и станции “Электропередача” 40 000 кВт

Московской трамвайной ................................ 10 000 кВт

Остальных городских станций .......................... 15 000 кВт

Всего ................................................ 65 000 кВт

и нагрузки существующих фабрично-заводских установок, определяемой 
в размере ⅔ от их общей мощности (около 125 000 кВт) - 85 000 кВт

Итого ............................................... 150 000 кВт

Нагрузка в 1930 г. определена ранее в размере 1 130 тыс. кВт. Для промежуточных годов принимаем рост нагрузки, как это обычно бывало при развитии станций общественного пользования, в геометрической возрастающей прогрессии ежегодно на 25% по отношению к нагрузке предыдущего года (сложные проценты). В ближайшие годы для покрытия этой нагрузки Центральный район располагает мощностью станций общественного пользования (115 тыс. кВт) и мощностью фабрично-заводских станций (125 тыс. кВт), из которых ¾ согласно плану, изложенному в пункте А программы ГОЭЛРО, путем объединения и устройства электропередач превращаются в станции общественного пользования общей мощностью около 90 тыс. кВт.

В дальнейшем к этим станциям ежегодно прибавляется новая мощность районных станций, как это указано в нижеприводимой таблице.

Таблица ежегодного роста нагрузки и мощности станций в тыс. кВт

Мощность установок
Годы
1921
1922
1923
Конец I очереди 1924
1925
1926
1927
Конец II очереди 1928
1929
Конец III очереди 1930
Существующие станции общественного пользования
Московск. госуд.
50
50
50
50
50
60
60
75
75
75
Московск. трамвай
18
18
18
18
18
25
25
25
25
25
“Электропередача”
20
20
20
20
30
30
30
40
40
40
Станции отдельных городов
25
25
20
15
10
5
—
—
—
—
Фабрично-заводские станции
Используемые по пункту А программы ГОЭРЛО
50
90
70
50
30
20
10
—
—
—
Остальные (отдельные) электрические станции
75
35
35
35
35
35
35
40
45
50
Новые районные станции
Резервная Московская
—
—
—
—
—
—
10
20
35
50
Шатурская
5 врем.
15
30
40
50
60
70
80
100
100
Каширская
12 врем.
22
30
40
50
60
70
80
100
120
Епифанская
—
—
—
40
20
30
40
50
65
110
Тверская
—
—
—
—
20
30
40
50
60
100
Рязанская
—
—
—
—
—
—
20
40
60
100
Берендеевская
—
—
—
—
—
—
20
40
40
40
Тульская
—
—
—
—
—
—
—
—
30
100
Иваново-Вознесенская
—
—
10
20
30
40
50
60
70
80
Ярославская
—
10 врем.
15
20
25
25
30
30
30
40
Нижегородская
—
—
10
20
30
40
50
60
70
100
Владимирская
—
—
—
—
—
—
10
20
30
40
Кулебакская
—
—
—
10
15
20
25
30
35
40
Белгородская
—
—
—
—
20
30
45
60
70
110
Брянская
—
—
—
10
15
20
30
40
40
40
Всего
255
285
308
348
448
530
670
840
1 120
1 360
Ожидаемая зимняя нагрузка
150
188
285
294
368
460
575
720
900
1 130

Как видно из этой таблицы, роль мелких городских станций общественного пользования по мере осуществления программы электрификации сводится на нет. То же происходит с фабрично-заводскими станциями, превращаемыми согласно пункту А программы ГОЭЛРО в станции общественного пользования. Они быстрее других будут поглощены потоком электрификации и превратятся в местные подстанции с готовыми уже распределительными сетями. Из остальных фабрично-заводских станций сохраняются главным образом теплосиловые установки, отдающие избыток своей мощности в общую сеть районных станций.

Из сопоставления цифр суммарной мощности и ожидаемой нагрузки видно, что последняя всюду легко покрывается. Несколько больший резерв мощности станций в начале периода объясняется наличностью крупного неиспользованного оборудования на московских и на многих фабрично-заводских станциях.