Электростанцией называется установка, предназначенная для производства электрической или тепловой энергии.
Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии, состоящая из подстанции, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередачи, аппаратуры присоединения, защиты и управления.
Трансформаторной подстанцией называется электроустановка, предназначенная для преобразования электрической энергии одного напряжения в электроэнергию другого напряжения с помощью трансформатора. Повышение напряжения на трансформаторных подстанциях дает возможность передавать электроэнергию на большие расстояния при малых потерях электрической мощности. У потребителей электроэнергии напряжение переменного тока снижается до необходимого уровня.
Каждая подстанция имеет распределительное устройство (РУ), содержащее коммутационные аппараты (высоковольтные выключатели, разъединители, отделители и др.), устройства защиты и автоматики (предохранители, вентильные разрядники, нелинейные ограничители перенапряжения ОПН), измерительные приборы (трансформаторы тока и напряжения) и вспомогательные устройства.
По конструктивному исполнению РУ подразделяются на закрытые и открытые. Открытое распределительное устройство (ОРУ) содержит электрооборудование, размещенное на открытом воздухе.
Электрооборудование закрытых распределительных устройств (ЗРУ) размещено в помещении. Комплектное распределительное устройство (КРУ) поставляется в собранном или подготовленном к сборке виде.
Для электрических сетей нефтепромыслов, выполненных в виде воздушных линий, используют многопроволочные сталеалюминиевые провода, содержащие в качестве основы одну стальную проволоку и несколько алюминиевых проволок, свитых в один общий провод. Кабельные линии используют при небольших расстояниях между потребителем и подстанцией.
По назначению сети бывают питающие и распределительные. Питающими называют сети, передающие электроэнергию от энергосистемы (или от районной подстанции) до предприятия (промысла, месторождения). С помощью распределительных сетей подается энергия напряжением 6(10) кВ к потребителям (кусту скважин, буровой установке, насосной станции). В России установлена следующая шкала номинальных напряжений электрических сетей переменного тока с частотой 50 Гц: 220, 380 В; 6, 10, 35, 110, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ.
В зависимости от конфигурации все виды схем электроснабжения можно объединить в две группы: радиальные схемы и магистральные схемы. При радиальной схеме потребитель электроэнергии получает питание по отдельной линии передачи, например, так запитывается буровая установка, кустовая насосная станция, куст скважин и др. При магистральной схеме к одной линии (магистрали) присоединяется несколько потребителей.
По степени надёжности электроснабжения все виды схем можно объединить в две группы: нерезервированные и резервированные. Нерезервированные схемы электроснабжения – это схемы без резервных линий электропередач. При выходе из строя питающей линии все потребители остаются без питания.
Резервированные схемы – это схемы с резервными линиями и трансформаторами или схемы с двусторонним питанием.
Для обеспечения надёжности электроснабжения электроприёмники разделяются на три категории.
Элетроприёмники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания; перерыв в электроснабжении допускается лишь на время автоматического восстановления питания.
Для электроприёмников второй категории допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания. К третьей категории надёжности относятся электроприёмники, не подходящие под определения первой и второй категории.
С надёжностью электроснабжения тесно связана характеристика качества электроэнергии, подаваемая потребителям. ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» устанавливает следующие показатели качества электроэнергии:
1. Отклонение напряжения на выводах приёмников электрической энергии (±5% и ±10% - соответственно нормально допустимые и предельно допустимые отклонения напряжения).
2. Колебания напряжения, вызываемые резким изменением нагрузки, например, включением асинхронного двигателя с большой кратностью пускового тока. Они характеризуются размахом изменения напряжения и дозой фликера. Доза фликера – это мера восприимчивости человека к воздействию колебаний светового потока, вызванных колебаниями напряжения в сети.
3. Несинусоидальность напряжения. Источниками искажений синусоидальности являются синхронные генераторы электростанций, силовые трансформаторы, тиристорные преобразовательные устройства переменного тока в постоянный, установки дуговой и контактной сварки и др. электрооборудование.
4. Несимметрия напряжения, возникающая, например, в электрических сетях в аварийных ситуациях – при обрыве фазы или несимметричных коротких замыканиях.
5. Отклонение частоты тока, нормально допустимое значение которого в соответствии со стандартом ±0,2 Герца, а предельно допустимое ±0.4Гц.
6. Провал напряжения – это внезапное значительное изменение напряжения ниже уровня 0,9 Uном, за которым следует восстановление напряжения до первоначального уровня (Uном – номинальное напряжение).
7. Временное перенапряжение - это повышение напряжения выше 1,1 Uном продолжительностью более 10 миллисекунд, возникающее в системе электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях.
Площадь сечения проводов воздушных и кабельных линий сначала определяют по экономическому расчёту, а затем найденное сечение проверяют по допустимым температуре нагрева и потере напряжения в проводах. Воздушные линии, кроме того, рассчитывают на механическую прочность.
14. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Электрический ток связан с магнитным полем, являющимся одним из видов материи. Основными величинами, характеризующими магнитное поле, являются магнитный поток Ф (единица измерения - Вебер), магнитная индукция В (Тесла) и напряженность магнитного поля Н ( 
).
Магнитный поток Ф – это совокупность всех силовых линий магнитного поля. Магнитная индукция В характеризует интенсивность и направление магнитного поля.
Для однородного магнитного поля можно записать соотношение
В = 
,
где S –площадь поперечного сечения магнитного потока Ф.
Напряженность магнитного поля связана с магнитной индукцией соотношением
В = μаН,
где μа - абсолютная магнитная проницаемость, характеризующая магнитные свойства среды (вещества).
Магнитную проницаемость физических тел принято сравнивать с магнитной проницаемостью вакуума, которую называют магнитной постоянной μ0 (μ0=4π·10-7 
).
Число, показывающее, во сколько раз магнитная проницаемость данного вещества больше магнитной проницаемости вакуума, называется относительной магнитной проницаемостью μ.
μа = μ·μ0
В = μ·μ0·Н
Произведение тока I на число витков W катушки (I·W) называется магнитодвижущей (намагничивающей) силой Fм (МДС)
Fм = I·W.
Единица измерения магнитодвижущей силы (МДС) – Ампер-виток.
Магнитное сопротивление магнитной цепи Rм прямо пропорционально длине магнитопровода l и обратно пропорционально площади поперечного сечения S и зависит от абсолютной магнитной проницаемости μа материала сердечника катушки:
Rм = 
.
Магнитное сопротивление определяется воздушным зазором, через который проходит магнитный поток.
Закон Ома для магнитной цепи имеет вид
Ф = 
,
где Fм – намагничивающая сила (МДС);
Rм – магнитное сопротивление.
Этот закон аналогичен закону Ома для электрической цепи, а магнитный поток Ф соответствует силе тока I:
I = 
, Ф→I, Fм→U, Rм→R.
Магнитной цепью называют совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела и образующих замкнутую цепь, в которой при наличии магнитодвижущей силы (МДС) образуется магнитный поток и вдоль которой замыкаются линии магнитной индукции.
При расчете магнитной цепи должны быть заданы материал, форма и размеры магнитопровода, причем различают прямую и обратную задачи.
При решении прямой задачи по заданному в какой-либо части магнитной цепи магнитному потоку Ф или индукции В определяют необходимую магнитодвижущую силу (МДС).
При обратной задаче по заданной МДС определяют магнитный поток Ф или магнитную индукцию поля В.
Расчет магнитной цепи во всех случаях основан на применении законов Ома и Кирхгофа для магнитной цепи.
Первый закон Кирхгофа читается так: алгебраическая сумма магнитных потоков Ф в узле магнитной цепи равна нулю:
.
Второй закон Кирхгофа: в неоднородной магнитной цепи алгебраическая сумма магнитных напряжений 
на участках цепи равна алгебраической сумме МДС обмоток:
или 
.
Все вещества по величине магнитной проницаемости делятся на диамагнетики - материалы, ослабляющие внешнее магнитное поле, (медь, серебро, висмут): μа < μ0; парамагнетики – усиливающие внешнее магнитное поле, но незначительно (алюминий, натрий, кислород): μа > μ0; ферромагнетики – значительно усиливающие внешнее магнитное поле (железо, кобальт, никель и их сплавы): μа >> μ0.
В ферромагнетиках внутреннее магнитное поле представляется областями спонтанного намагничивания – доменами, которые ориентируются в направлении силовых линий магнитной индукции внешнего поля и значительно усиливают его.
Магнитная индукция В имеет нелинейную зависимость от напряженности Н магнитного поля (рис.14.1).
Рис.14.1. График зависимости магнитной индукции
среды от напряженности магнитного поля
(петля гистерезиса)
При ненамагниченном ферромагнитном сердечнике (точка 0) увеличение напряженности внешнего поля приводит к быстрому увеличению магнитной индукции, так как домены (элементарные магнитики) сердечника интенсивно поворачиваются в направлении силовых линий магнитной индукции. При дальнейшем увеличении напряженности количество неориентированных доменов уменьшается. При некотором значении Н все домены будут сориентированы по направлению поля, и увеличение напряженности не приведет к увеличению магнитной индукции поля, то есть наступает насыщение сердечника (точка b). Кривую оb на рис.14.1 называют кривой намагничивания ферромагнетика.
Если начать сердечник размагничивать, то уменьшение напряженности поля не будет соответствовать уменьшению магнитной индукции (кривая bc), которая будет отставать и при Н=0 не будет равна нулю (точка с). Часть доменов (магнитиков) остались повернутыми в направлении силовых линий внешнего магнитного поля. Явление «отставания» магнитной индукции от напряженности поля называют магнитным гистерезисом. На рис.14.1 координате Вс соответствует остаточная магнитная индукция.
Для полного размагничивания сердечника нужно изменить направление напряженности магнитного поля. Напряженность поля Нс, при которой произойдет размагничивание сердечника (В=0), называется коэрцитивной силой. Если произвести перемагничивание сердечника, изменяя направление напряженности (от +Н до –Н и от –Н до +Н), то получится петля гистерезиса (рис.14.1). При перемагничивании сердечника происходит потеря энергии из-за «поворота» доменов и сердечник нагревается (потери от гистерезиса). Величина потерь от гистерезиса пропорциональна площади петли гистерезиса.
Ферромагнитные материалы подразделяются на группы:
- магнито-мягкие материалы с узкой петлей гистерезиса;
- магнито-твердые материалы с широкой петлей гистерезиса.
Магнито-мягкие материалы имеют минимальные потери из-за гистерезиса. Из-за малой величины коэрцитивной силы они легко намагничиваются и размагничиваются. К магнито-мягким материалам относятся электротехническая сталь, пермаллой, пермендюр. Электротехническая сталь широко применяется в магнитопроводах электрических машин, в трансформаторах, в силовой коммутационной аппаратуре.
Ферриты – это смесь тонких порошков окислов железа с окислами цинка, меди, магния, обработанных под большим давлением при высокой температуре. Сердечники из ферритов работают в слабых магнитных полях при радиочастотах, имеют высокую магнитную проницаемость и малые потери из-за гистерезиса.
Магнито-твердые материалы имеют широкую петлю гистерезиса и используются для изготовления постоянных магнитов. Обладают большой коэрцитивной силой и могут долго сохранять магнитные свойства после намагничивания. К наиболее распространенным магнито-твердым материалам относятся сплавы на основе железа, кобальта, никеля, алюминия (альнико) и постоянные магниты из бариевых сплавов.
Основные аппараты управления и защиты
Наибольшее применение получили контакторы, реле, магнитные пускатели, автоматические выключатели.
Контактор – это электромагнитный выключатель, предназначенный для замыкания (коммутирования) электрических цепей при пуске, остановке, торможении и реверсировании электрических двигателей. Контактор состоит из магнитопровода с катушкой и подвижных и неподвижных контактов. При протекании управляющего тока по катушке якорь с подвижными контактами притягивается к сердечнику магнитопровода и происходит замыкание силовой цепи. При отключении катушки специальная пружина отводит якорь от сердечника и происходит размыкание цепи.