1

Григорьева О.Б. (, МБОУ СОШ №21)

1. Плешаков А.А. Окружающий мир. 1 класс, 2014.

2. Леенсон И. Загадочные заряды и магниты Занимательное электричество, 2006.

3. Виртуальный музей энергетики МОЭСК.

4. Народный музей энергетики имени Льва Мишина (Ногинск).

5. Музей занимательных наук Эйнштейна (Ногинск).

Цель работы - раскрыть роль электричества в быту.

Задачи:

1. Узнать, как электричество вырабатывается и поступает в дом;

2. Закрепить правила безопасного обращения с электроприборами

Актуальность темы: без электричества невозможна современная жизнь.

Методы исследования:

Самостоятельная сборка простейшей электрической цепи.

Экскурсии в Музей занимательных наук Эйнштейна, в Народный музей энергетики им. Л.Н. Мишина (г. Ногинск)

Виртуальная экскурсия по Музею ПАО «МОЭСК»,(г. Москва)

Интервью ветерана Восточных электрических сетей.

Уважаемые Учителя, исследователи, друзья!

В современном мире без электричества нам никак нельзя.

И на конференции в конце зимы

Вашему вниманию представляем мы

Проект «Откуда в дом приходит электричество?»

Долго в комнате без света не прожить,

Без электрочайника чаю не попить,

Без машинки без стиральной пропадем,

В школу в мятой форме мы придем.

Ведь утюг, компьютер и дверной звонок

Да и школьный, что зовет всех на урок,

Без электричества работать бы не смог.

Пульт от телевизора, как и наш фонарь,

Работать не смогли, если б появились в старь.

Что ж в электрическом токе такого?

С одной стороны- помощнике, опасного другого?

Как появляется электричество? Где?

И как приходит в дом к каждой семье?-

Вот вопросы, что рассматриваем мы,

И надеемся, что станем с электричеством дружны!

Гипотеза: электричество приходит в дом разными способами.

Недавно к нам на урок пришел Муравьишка-Вопросик.

Это очень любознательный герой учебника по окружающему миру, составленному Андреем Анатольевичем Плешаковым.

Он задал вопрос Мудрой Черепахе: «Откуда к нам в дом приходит электричество?

На этот вопрос многие наши одноклассники ответили, что, конечно же, по проводам. Это мы узнали еще из специальных обучающих мультфильмов тетушки Совы.

Смешариков

и Фиксиков

Электрический ток чем-то похож на реку, только в реке течет вода, а по проводам текут маленькие премаленькие частицы - электроны. Электрический ток вырабатывают большие мощные электростанции. Чтобы получить электричество на таких станциях используется сила воды, солнца и ветра энергия. Электрический ток сначала течет по толстым высоковольтным проводам, потом по обычным проводам перетекает в наши квартиры, попадая в выключатели и розетки.

Нами было изучено развитие энергетики города Ногинска.

Для этого мы посетили Ветерана труда, Почетного энергетика Ногинских электрических сетей Косарева Юрия Арсеньевича.

Он нам рассказал, что первая электроподстанция Истомкино была построена в 1920 году, т.е. почти 100 лет назад.

В 1955 году в поселке «Красный электрик» была построена первая в Европе электроподстанция мощностью 500 кВ.

Эти подстанции распределяют электричество, которое бежит по проводам

с Шатурской и Куйбышевской гидроэлектростанции

к трансформаторным подстанциям, которые находятся почти в каждом дворе.

Многие годы в ногинском офисе МОЭСК действует Народный музей энергетики имени Льва Николаевича Мишина, долгие годы возглавлявшего Ногинские электрические сети.

Музей известен далеко за пределами города. В декабре 2016 года его посетил губернатор Московской области Андрей Юрьевич Воробьев.

«А откуда поступает электричество в нашу школу?» - такой вопрос мы задали Письменной Татьяне Андреевне, долгое время возглавлявшей музей.

Она нам рассказала, как электричество вырабатывается Электрогорской электростанцией ГРЭС-3 имени инженера Р.Э. Классона

и бежит по толстым кабелям на электрическую подстанцию «Захарово».

Затем бежит на трансформаторную станцию в Кадетском переулке.

А оттуда уже к школе и жилым домам и школе.

Нас окружает огромное количество предметов, облегчающих жизнь, работающих от батареек. Значит, в батарейках есть ток?

На этот вопрос нам ответил аниматор-экскурсовод Музея занимательных наук Эйнштейна.

Многих учёных с древних времен удивляла способность морского ската наносить удар в виде электрического разряда, но никто не мог объяснить, как удаётся этому существу накопить ток для разряда такой силы и откуда берётся ток в этой рыбе.

Итальянский химик и физик Вольта Алессандро обратил внимание на повторяющуюся комбинацию пластинок на спине ската и решил создать точный макет этой конструкции. Это был прообраз современной батарейки.

Состав современных батареек более сложный, но работают они по тому же принципу. Если к батарейке присоединить лампочку с помощью проводков, то отрицательные частички побегут к положительно заряженным частичкам стержня и зажгут лампочку.

На уроке мы повторили этот опыт. Лампочка, действительно, зажглась.

Следующее задание героев учебника нас сильно озадачило. Муравьишка предлагал нам собрать электрическую цепь из элементов электроконструктора. Как быть, если такого конструктора нет?

В настоящее время человечество использует множество бытовых электроприборов, не говоря уже о производстве, используя электроэнергию. Электричество очень быстро стало неотьемлемой частью нашей жизни. Но откуда берется так необходимая нам электроэнергия? Даже дети знают,что ее производят электростанции. А вот как она поступает от электростанции к нам в дом?
Основные виды электростанций: АЭС, ГЭС, ТЭС. На строительных площадках,больницах и иногда в частных домах используют дизельные установки и миниэлектростанции. В Европе для получения электроэнергии используют энергию ветра и солнца. Ученые всего мира также работают над альтернативными видами электроэнергии, такими как реакция синтеза, электростанции на биомассе. metatrader nordfx кабинет трейдера

В нашей стране основными источниками электроэнергии являются АЭС, ГЭС и ТЭС. Более половины электроэнергии производят тепловые электростанции. В городах могут также использоваться теплоэлектроцентрали, которые обеспечивают город не только электроэнергией, но и горячей водой и теплом. Наиболее дешевую электроэнергию производят гидроэлектростанции.

Атомные электростанции - современные источники электричества. Их возможно размещать, практически,в любом месте. АЭС не загрязняют окружающую среду, если выполнены все требования при их постройке.

Как же попадает ток в наши дома? Что же происходит дальше? Электроэнергия с электросъемных шин и кабелей подается в электрическую часть электростанции, которая бывает открытого, закрытого и комбинированного типа. В электрочасти находится диспетчерский пункт управления электростанцией, автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), коммутационные аппараты, релейная защита, контрольно - измерительные приборы и сигнализации, высоковольтные повышающие и понижающие трансформаторы, высоковольтные выключатели, сборные шины и автотрансформаторы. После преобразования энергии электричество подаётся на высоковольтную линию электропередач (ВЛЭП). Линии электропередач, передающие электроэнергию на большие расстояния, должны иметь большую пропускную способность и малые потери. Они состоят из проводов, крепёжной арматуры, опор, грозозащитных тросов, а также вспомогательных устройств. По своему назначению ЛЭП подразделяются на сверхдальние, магистральные и распределительные. Основными элементами воздушных линий электропередач являются металлические опоры, которые устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга. Они бывают анкерными, промежуточными и угловыми. Анкерные опоры устанавливают в начале и конце линии электропередач, а также в местах перехода инженерных сооружений или естественных преград. Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках и предназначены для поддержки проводов с допустимым провисанием 6-8 метров в населённой местности, и 5-7 метров - в не населённой. Угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии электропередач. Специальные транспозиционные опоры устанавливаются для изменения порядка расположения проводов на опорах, а так же для ответвления проводов от магистральной линии ВЛЭП. Для передачи электроэнергии в высоковольтных линиях электропередач применяются неизолированные провода, изготовленные из алюминия и сталеалюминия следующих марок: АН, АЖ, АКП (алюминиевые) и ВЛ, АС, АСКС, АСКП, АСК (сталеалюминевые). Провода к опорам крепятся при помощи поддерживающих или натяжных изоляторов, которые монтируются на опору подвесным способом, и крепёжной арматуры. Изоляторы бывают фарфоровые, с покрытием из глазури, стеклянные, из закалённого стекла, и полимерные, из специальных пластических масс. Для защиты линии электропередач от молнии на опорах натягиваются грозозащитные тросы, устанавливаются разрядники, а опоры заземляются. Так как линия обычно тянется на большое расстояние, то во избежание потерь напряжения используются промежуточные подстанции с повышающими трансформаторами.

Для дальнейшего распределения электроэнергии к магистральным ВЛЭП подключаются распределительные подстанции, которые в свою очередь раздают электроэнергию на понижающие подстанции. При распределении электроэнергии от подстанции к КТП может использоваться 2 типа прокладки : воздушный и под землей. При воздушной прокладке обычно используют алюминиевые или сталемедные неизолированные провода, которые подвешиваются на опорах. На прокладку под землей используется силовой кабель с медными или алюминиевыми токопроводящими жилами и броней, защищающая от механических воздействий. К кабелям такого типа относятся марки, предназначенные для эксплуатации на напряжение до 35 кВ, например АСБл или СБЛ (6-10 кВ), ПвПБв. Если трансформаторная подстанция находится на далеко, то используют воздушную прокладку.

От понижающей подстанции по линиям электропередач энергия распределяется между КТП, которые разделяются на мачтовые и киосковые (проходные и тупиковые). Комплектные трансформаторные подстанции осуществляют понижение напряжения с 10(6) до 0,4 кВ переменного тока частотой 50 Гц и предназначены для подачи электроэнергии в частные дома, отдельные населенные пункты или небольшие промышленные объекты. В мачтовых трансформаторных подстанциях ввод и вывод кабеля осуществляется при помощи воздушных линий. КТП киоскового типа устанавливаются в простейшую бетонную площадку и позволяет осуществлять ввод и отвод воздушным и подземным путем.

Для отвода воздушных линий используется самонесущие алюминиевые изолированные провода СИП, которые подвешиваются на деревянных или бетонных опорах при помощи монтажной арматуры. Такой способ прокладки распределительной линии используется в частных секторах, гаражных кооперативах или там где необходимо запитать большое количество потребителей находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Для прокладки подземных линий используется с алюминиевыми или медными жилами, с изоляцией из различных материалов, экранированный, бронированный, с защитным покровом или без него. В зависимости от способа прокладки могут использоваться различные марки кабеля. Для прокладки в специальных двустенных гофрированных трубах могут использоваться силовые кабели без защитного покрова и брони, такие, как или Для прокладки в траншеях используются кабели с броней и защитными покровами, которые имеют хорошую защиту от физического и механического воздействия. Это такие кабели как АВБбШв и (с броней и защитным покровом) или АВВБГ и ВВБГ(с броней без защитного покрова). В зависимости от характера блуждающих токов, возможно использовать силовые кабели с различными видами экранов, которые предназначены для прокладки, как в траншеях, так и в защищенных трубах. К таким кабелям относятся марки АПвЭгП или АпвАШв.
Электроэнергия от трансформаторной подстанции по проводам передается на распределительные пункты, находящиеся в специальных комнатах (щитовых). В щитовых устанавливаются распределительные устройства, которые не только обеспечивают передачу электроэнергии в квартиры, но также осуществляют запитку этажного и аварийного освещения, лифтов, систем вентиляции, кондиционирования и систем безопасности. Распределение от электрощитовой до этажных щитов, осуществляется кабелями, которые не должны распространять горение и имеют низкие показатели дымо и газовыделения. К таким маркам кабелей можно отнести (алюминиевые токопроводящие жилы), (медные жилы).

Для магистральной линии используется лестничный лоток и специальные крепежные скобы, которые обеспечивают сохранность кабеля на весь срок службы. Для подвода питания от щитовой на этажные щиты применяют шинопровод. Шинопровод имеет ряд плюсов относительно кабельной магистральной линии. Один из плюсов - удобство монтажа (секции легко собираются и монтируются в нишу), К тому же он имеет меньшие габариты по сравнению с кабельной линией, удобство дальнейшей эксплуатации. И, наконец, от этажных щитов электроэнергия поступает на счетчик либо щит учетно-распределительный щит квартиры.

Невозможно представить современный мир без электричества. Именно благодаря электроэнергии люди живут в комфортных условиях, а в науке происходят новые открытия. Электричество способствует все большей модернизации и росту экономики. Электрическая сеть окутала всю планету, расширяясь все больше.

Где же появляется электричество и откуда оно приходит в наш дом?

В целом, электрическую сеть можно разделить на две группы установок – для создания электроэнергии и для её передачи. В классическом понимании, главными источниками производства электрической энергии являются электростанции. В зависимости от источника энергии, они делятся на:

1. Атомные (АЭС ).
2. Тепловые (ТЭС ) работают на органическом топливе: газовые, дизельные, бензиновые, угольные, торфяные.
3. Гидроэлектростанции (ГЭС ) работают на воде.
4. Ветроэлектростанции (ВЭС ).
5. Солнечные электростанции (СЭС ).

От электростанций идут линии электропередач (ЛЭП), по которым и передается электрическая энергия посредством электрического тока. ЛЭП бывают воздушными и кабельными. Воздушные передают электроэнергию по проводам, которые находятся на открытом воздухе и прикреплены к различным опорам. В зависимости от напряжения тока и назначения, они бывают:

1. Сверхдальние магистральные линии сверх- и ультравысокого напряжения (выше 500 кВ) – предназначены для отдельных регионов стран.
2. Региональные линии среднего и высокого напряжения (от 1 до 500 кВ) обслуживают крупные объекты (города, гигантские предприятия, месторождения).
3. Районные распределительные линии низкого напряжения (до 1000 В) для предприятий, транспортных узлов и поселковых сетей.
4. Воздушные линии до 20 В приводят электроэнергию к потребителям.

Кабельные ЛЭП передают энергию по нескольким параллельным кабелям. Они проходят под землей, под водой и в помещениях. В этих ЛЭП напряжение бывает не выше 220 кВ.

ЛЭП передают электроэнергию от электростанций к электрическим подстанциям. Они преобразовывают и распределяют электричество уже по жилым домам. Первичные подстанции опускают высоковольтное напряжение до среднего уровня (до 50 кВ), а вторичные подстанции опускают напряжение еще ниже (до 380 В), чтобы им уже свободно мог пользоваться потребитель.

Первичные подстанции стоят в городах, в микрорайонах мегаполиса, в поселках городского типа и подают электричество на территорию, где проживает несколько десятков тысяч человек. Вторичные подстанции расположены около домов и питают электроэнергией большой жилой дом. Вторичные подстанции еще называют главным распределительным щитом. От него электричество идет к этажным, квартирным щиткам или электрическим щиткам для частного дома.

На видео видна схема откуда электричество поступает в дом

В последние 10-15 лет все активней развивается и другая схема поступления электроэнергии в дом, когда владельцем жилья используется собственный альтернативный источник электричества. Например, солнечная панель или ветрогенератор.

Солнечная панель может быть размещена как на территории собственного участка, так и на крыше строений. В последние 5 лет популярными становятся и небольшие панели, которые можно крепить на балконе или в лоджии, тем самым создавая резервный источник электричества и для квартиры.

Ветрогенератор устанавливается на крыше дома или на участке.

Такие источники электричества могут работать автономно, не будучи зависимыми от общей сети. Через специальный модуль подключения они работают с современными накопителями электроэнергии и могут полностью обеспечить электроэнергией жилье.

Отвечая на вопрос откуда в наш дом приходит электричество?, можно подвести такие итоги:

• по классической схеме электроэнергия поступает от электростанции по линии электропередач различной мощности через электрические подстанции к распределительным щитам, которые расположены либо около частного дома, либо на этаже в подъезде.
• по новой, более упрощенной, схеме электроэнергию может вырабатывать персональный небольшой источник – солнечная батарея или бытовой ветрогенератор, который подает её напрямую в квартиру или собственный дом.

ОТКУДА В НАШ ДОМ ПРИХОДИТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО?

Цели деятельности учителя: познакомить с разнообразием бытовых электроприборов, их ролью в быту, с правилами безопасного обращения с электроприборами; проследить пути прихо­да электричества в наш дом.

Тип урока: конструирование способа действия.

Планируемые образовательные результаты:

Предметные (объем освоения и уровень владения компетенциями): научатся отличать элек­троприборы от других бытовых предметов, не использующих электричество; правилам безопас­ности при обращении с электричеством и электроприборами; получат возможность научиться: анализировать схему выработки электричества и способа его доставки потребителям; обсуждать необходимость экономии электроэнергии; собирать простейшую электрическую цепь; выдвигать предположения и доказывать их; понимать учебную задачу урока и стремиться ее выполнять; работать в паре, используя представленную информацию для получения новых знаний.

Метапредметпые (компоненты культурно-компетентностного опыта/приобретенная компе­тентность): использовать различные способы поиска (в справочных источниках и учебнике), сбора, обработки, анализа, организации, передачи и интерпретации информации в соответствии с коммуникативными и познавательными задачами; определять общую цель и пути её достиже­ния; уметь договариваться о распределении функций и ролей в совместной деятельности; осуще­ствлять взаимный контроль в совместной деятельности, адекватно оценивать собственное пове­дение и поведение окружающих.

Личностные: принятие и освоение социальной роли обучающегося; развитие мотивов учеб­ной деятельности и личностного смысла учения; овладение логическими действиями сравнения, анализа, синтеза, обобщения, классификации по родовидовым признакам; готовность слушать собеседника и вести диалог, признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого иметь свою, излагать своё мнение и аргументировать свою точку зрения и оцен­ку событий.

Универсальные учебные действия (УУД; умение учиться):

Познавательные: общеучебные - осознанное и произвольное речевое высказывание в устной форме о значении электроприборов в жизни человека; логические - осуществление по­иска необходимой информации (из рассказа учителя, родителей, из собственного жизненного опыта, рассказов, сказок и т. д.).

Личностные:

Регулятивные:

Коммуникативные: умеют обмениваться мнениями, слушать другого ученика - партнера по коммуникации и учителя.

Методы и формы обучения: объяснительно-иллюстративный; фронтальная и индивидуальная.

Сценарий урока

Организационный момент.

Личностные УУД: развитие познавательного интереса, формирование определенных позна­вательных потребностей и учебных мотивов; положительное отношение к школе и адекватное тредставление о школе.

а) Подготовка рабочего места.

б) Повторение изученного материала.

Учитель. О чем говорили на прошлом уроке?

Ученики. О воде. Откуда приходит вода в наш дом, куда потом уходит.

Объяснение нового материала.

- осознанное и произвольное речевое высказывание устной форме о способах выработки электричества; логические - осуществление поиска необходимой информации (из рассказа учителя, родителей, из собственного жизненного опыта, расска­зов, сказок и т. д.).

Коммуникативные УУД:

Личностные УУД: знание основных моральных норм и ориентация на их выполнение; оценке своих поступков, действий, слов; диагностика творческих предпочтений и базового уровня сло­жившихся навыков.

Беседа.

Учитель. Что значит вода для всего живого?

Ученики. Воду пьет человек, она нужна полям, лесам. Без нее не могут жить ни люди, ни птицы, ни звери. По морям и океанам днем и ночью плывут корабли, перевозят грузы.

Учитель. У воды есть еще одна способность - она добывает электричество, электрический ток, работая на электростанциях. (Включает свет.) Посмотрите, как в классе стало светло, когда включили электрическую лампочку. Но так было не всегда. (Показ слайдов - лучина в крестьян­ской избе, работа поэта при свечах .) Посмотрите, чем раньше, до появления электрической лам­почки, люди освещали свои жилища?

Ученики. Свечой, лучиной.

Учитель. Дома у нас у всех есть электричество. Мы знаем, что оно освещает нам комнату, чтобы было светлее. А как еще нам дома помогает электричество?

Ученики. Электрический чайник греет воду, пылесос убирает квартиру, стиральная маши­на стирает белье.

Работа по учебнику

Учитель. Возьмите красный карандаш и закрасьте те предметы, которые работают от электричества. Назовите их.

Ученики. Электромясорубка, пылесос, стиральная машина, электрочайник, электроплита.

Учитель. Составьте пары рисунков, соединив их линиями.

Но помните, ребята, мы с вами говорили и о том, что эти приборы могут быть не только друзьями, но и врагами, если с ними обращаться неправильно или неосторожно.

Чтение вывода.

Физкультминутка

Регулятивные УУД:

Вот когда я взрослым стану И купаться захочу,

Влезу сам в большую ванну,

Оба крана откручу.

Сам потру живот и спинку,

И веснушки на носу,

Заверну себя в простынку

И в кроватку отнесу!

Беседа no новому материалу.

Познавательные УУД: общеучебные - осознанное и произвольное речевое высказывание в устной форме о правилах безопасности при использовании электроприборов; логические - осу­ществление поиска необходимой информации (из рассказа учителя, родителей, из собственного жизненного опыта, рассказов, сказок и т. д.).

Коммуникативные УУД: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации.

Личностные УУД: знание основных моральных норм и ориентация на их выполнение; оценка своих поступков, действий, слов; диагностика творческих предпочтений и базового уровня сло­жившихся навыков.

Учитель. Ребята, а кто знает, откуда в наш дом приходит электричество?

Муравей. А я вам подскажу некоторые слова - электростанция, плотина, электрические провода.

Ученики. Электричество вырабатывается на электростанциях и приходит в наш дом по проводам.

Сочинение сказки «Как Муравьишка работал электриком».

Личностные УУД: понимают значение знаний для человека и принимают его.

Регулятивные УУД: прогнозируют результаты уровня усвоения изучаемого материала.

Ученики сочиняют сказку.

Перегорела однажды в домике у Муравья лампочка. Как же быть без света? Побежал Му­равьишка к проводу, попросил у него света, а провод привел его к плотине, на которой стояла электростанция. Попросил Муравьишка свет у электростанции, отослала она его к плотине, а плотина - к воде. «Так вот кто дает нам свет», - обрадовался Муравьишка. «Да, это я его даю, вода», - важно ответила вода.

Понял Муравей, какая огромная сила работает на электричество. (Показ слайда - работа электростанции.)

Однажды Муравей решил взять с собой на прогулку магнитофон. Но где же в лесу найти ро­зетку?

Мудрая Черепаха. Эй, Муравей, электричество может прийти к нам в дом не только по проводам, но и без них - в батарейках.

Учитель показывает батарейки, включает магнитофон на батарейках.

Учитель. Ребята, а есть ли в классе предметы, которые работают на батарейках?

Ученики. Часы.

Физкультминутка

Регулятивные УУД: осуществляют пошаговый контроль своих действий, ориентируясь на по­каз движений учителя, а затем самостоятельно оценивают правильность выполнения действий на уровне адекватной ретроспективной оценки.

По тропинкам я бегу.

Без тропинки не могу.

Где меня, ребята, нет,

Не зажжется в доме свет.

Самостоятельная работа в рабочих тетрадях.

Соединить линиями предметы, работающие от розетки и работающие от батареек.

Итоги урока.

Регулятивные УУД: прогнозируют результаты уровня усвоения изучаемого материала.

Учитель. Что нового узнали на уроке? Откуда же к нам в дом приходит электричество?

Электроэнергия настолько плотно и основательно вошла в быт, что о её существовании потребители вспоминают лишь в случаях отключения света и при оплате счетов. В обыденной жизни мало кто задумывается о том, насколько сложно не только выработать энергию, но и доставить её в дома и на предприятия, сделать это безопасно и с минимальными потерями. Разветвлённая сеть линий электропередач и множество подстанций - это лишь видимая часть огромной системы, благодаря которой энергия появляется в розетках квартир и электрощитах заводов.

Структура и типы современных электросетей

Электрическая энергия передаётся от генерирующих мощностей к территориально удалённым потребителям посредством специальной транспортирующей, преобразующей и распределительной инфраструктуры - сетей. Последние имеют достаточно сложную структуру, их работа требует выполнения определённых условий, касающихся эффективности, безопасности и надёжности. Как правило, структура сети определяется расположением потребителей. Конечным этапом подачи электроэнергии потребителю является её распределение.

В схемы передачи на современном этапе развития сетей входят такие компоненты, как повышающие и понижающие трансформаторные подстанции, соединённые между собой линиями электропередачи. Кроме того, основными элементами инфраструктуры являются группы вспомогательного оборудования - защитные устройства и коммутаторы. Структура сети может изменяться в зависимости от порядка использования коммутаторов. К примеру, при отключении аварийных участков задействуются другие линии. Кроме того, структура сети может меняться при помощи коммутаторов для оптимизации режима работы.

Схема передачи электроэнергии: 1 - гидроэлектростанция; 2 - повышающая трансформаторная станция; 3 - ЛЭП; 4 - понижающая трансформаторная станция; 5 - распределительная подстанция; 6 - местные понижающие трансформаторные подстанции

Сети классифицируются по разным критериям. По типу потребителей их разделяют на сети общего назначения (предназначены для энергообеспечения бытовых и транспортных потребителей, а также объектов, расположенных в сельской местности), сети технологических объектов (для производств и систем инженерного назначения), контактные сети (для любого электротранспорта).

Классификация производится и по критерию масштаба самих сетей:

1. Магистральные - проложенные между странами, регионами, самыми мощными станциями и крупными центрами потребления. Такие сети характеризуются большими значениями мощности - в несколько гигаватт.
2. Региональные - в пределах одного региона, применительно к России - субъекта федерации. Запитываются от магистралей, а также от источников, расположенных внутри регионов. Предназначены для обслуживания крупных потребителей - населённых пунктов не меньше города, районов, промышленных предприятий, транспортных узлов, осваиваемых месторождений полезных ископаемых. Мощность сетей составляет гигаватты или несколько сотен мегаватт.
3. Районные - мощностью в несколько мегаватт - получают электроэнергию из региональных сетей. Районная инфраструктура обычно не имеет собственных генерирующих источников и предназначается для поставок энергии в поселковые и внутриквартальные сети, на небольшие предприятия и транспортные узлы.
4. Внутренние предназначены для распределения электроэнергии в пределах одного района, села, квартала. Питание в сети подаётся максимум из двух точек. В некоторых случаях оснащаются собственными резервными источниками. Мощность этих сетей не превышает нескольких мегаватт или сотен киловатт.
5. Электропроводка - сеть нижнего уровня. Она обеспечивает доставку электроэнергии до потребителя внутри здания, цеха и других помещений. При классификации часто не отделяется от внутренних сетей. Мощность электропроводки ограничена сотнями или десятками киловатт.

Сети отличаются друг от друга и родом тока, который подаётся в них. В частности, переменный трёхфазный ток передаётся по магистральным сетям широкого диапазона напряжений. Переменный однофазный ток поступает в сети электропроводки бытовых объектов, к конечным потребителям он передаётся от распределительных щитов. Постоянный ток подаётся в большую часть контактных сетей, а также автономных и специальных сетей. Последние характеризуются ультравысоким напряжением и пока не имеют широкого распространения.

Линии электропередачи

Линии электропередачи (ЛЭП) - один из основных компонентов транспортировки электроэнергетического ресурса - это системы передачи энергии, которые находятся за пределами электростанций или подстанций. Кроме того, по ЛЭП передаётся сервисная информация при помощи сигналов высокой частоты. В странах СНГ для передачи информации имеются в наличии 60 тыс. каналов ЛЭП. Передача данных используется для управления работой сети диспетчерскими службами, телеметрии, получения сигналов релейной защиты и автоматики в случаях аварий.

Строительство ЛЭП считается сложной задачей для отраслевых компаний. Такая работа включает проектирование, непосредственно прокладку линий, их монтаж, пусконаладочные мероприятия, а также обслуживание. ЛЭП по типу размещения конструкций разделяются на воздушные и кабельные. Кроме того, набирает популярность ещё один тип линий - газоизолированные. ЛЭП включает проводники тока, сооружения для его размещения или прокладки - каналы, эстакады или опоры, изоляционные средства опорного или подвесного типов, защитные устройства, оборудование для заземления, разрядники и тросы против грозы.

Воздушные линии, как это очевидно из их названия, предназначены для передачи электроэнергии по проводам, которые размещаются на открытом воздухе. Они крепятся к опорам, путепроводам и мостам при помощи траверсов, арматуры и изоляторов. В большинстве случаев воздушные ЛЭП служат для подачи переменного тока. Линии для постоянного тока применяются в отдельных случаях, в том числе для запитывания контактной сети.

Воздушные ЛЭП распределяются по критерию величины напряжения на:

1. Сверхдальние (от 500 киловольт) - обустраиваются для связи разных энергосистем.
2. Магистральные (220–330 кВ) - для передачи электроэнергии от станций высокой мощности, для объединения генерирующих объектов внутри энергетических систем и для связи станций с распределительными пунктами.
3. Распределительные (35–150 кВ) - для энергетического снабжения промышленных предприятий и отдельных населённых пунктов в крупных районах, организации энергосвязи распределительных узлов с потребителями.
4. ЛЭП напряжением ниже 20 кВ - для подачи электроэнергии непосредственно конечным потребителям.

Кабельные линии, в свою очередь, состоят из одного или нескольких кабелей, оснащённых концевыми, соединительными и стопорными муфтами, деталями крепежа. В случае маслонаполненных линий устанавливаются подпитывающие аппараты. Кабельные трассы классифицируются по величине напряжения аналогично воздушным. По условиям прокладки они распределяются на подземные, подводные и смонтированные в сооружениях.

Также кабельные линии классифицируются по критерию применения конкретных изолирующих материалов. Может применяться изоляция из этилен-пропиленовой резины, сшитого полиэтилена, резиново-бумажной и бумажно-масляной основ, поливинилхлорида, твёрдых материалов, нефтяного масла, которым пропитывается кабель. Инновационные технологии предусматривают применение изоляции при помощи газообразных веществ.

Подстанции - назначение и терминология

Посредством ЛЭП объединяются электрические подстанции, служащие, по сути, для корректировки характеристик тока. Они представляют собой установки для приёма и преобразования электроэнергии с её дальнейшим распределением. Подстанции состоят из трансформаторов или других преобразователей энергии, управляющих блоков, устройств вспомогательного назначения и распределительных узлов.

Станции первичного распределения перед подачей энергии потребителю понижают электрическое напряжение до 2–35 кВ с целью дальнейшей её транспортировки на вторичные подстанции, после прохождения которых напряжение уменьшается до ещё более низкого уровня (для России - до 380 вольт). Повышающие же трансформаторы применяются, соответственно, для увеличения напряжения со снижением силы тока. Основная причина размещения повышающих подстанций в сетях является необходимость передачи большей мощности на значительные расстояния, что становится возможным только при повышенном напряжении.

Благодаря наличию в электрической сети повышающих трансформаторов удаётся достичь экономии металла непосредственно в проводах ЛЭП, сократить потери вследствие активного сопротивления. Такой эффект достигается в силу определённых физических закономерностей. Площадь сечения провода обусловлена отсутствием коронного разряда и силой тока. Снижение последней даёт возможность сократить потери энергии, уровень которых прямо зависим от величины этого показателя. В связи с повышением напряжения возникает необходимость предотвращения высоковольтных пробоев, что достигается разносом проводов на большие расстояния, а также применением специальных изоляторов.

Станции, которые предназначены для изменения напряжения тока, получили название трансформаторных. Системы, изменяющие род тока или его частоту, называются преобразовательными станциями. Подвидом таких станций являются вставки постоянного тока, устанавливаемые для преобразования токов - из переменного в постоянный с дальнейшим его изменением в обратном порядке.

Устройства для распределения энергии, которые не включены в состав подстанций, являются распределительными пунктами. Подстанции, размещаемые в населённых пунктах, называются городскими, в промышленном сегменте - цеховыми. Кроме того, отдельно классифицируют тяговые подстанции на постоянном токе, предназначенные для обеспечения работы электротранспорта.

Городские и цеховые подстанции могут состоять из единственного или двух трансформаторов. Обычно критерием для выбора варианта конструкции служит объём затрат на реализацию проекта. Путём сравнения предлагаемых проектировщиками вариантов заказчик выбирает компромиссный вариант, который обеспечивает достаточную надёжность энергоснабжения при меньших затратах. Тем не менее, по мнению специалистов отрасли, при проектировании и эксплуатации следует выбирать однотипные устройства с равной мощностью для того, чтобы разнообразие парка оборудования не вызывало неудобств и дополнительных затрат на ремонтные работы.

Сверхпроводники: ЛЭП из будущего

Модернизация электросетевого комплекса - актуальная задача не только для России, но и для всего мира. Напомним, Пронедра писали ранее, что эксперты прогнозируют снижение стабильности работы электроэнергетической сферы во всём мире в силу физического устаревания оборудования сетей. Эффективность передачи электроэнергии по сетям может достигаться не только своевременным ремонтом и грамотным применением существующих решений, но и внедрением инновационных технологий.

Одной из них является производство проводов на основе высокотемпературных сверхпроводников. Их применение позволит не только достичь высокой плотности тока, но и передавать его без потерь. В 2006 году в демонстрационном режиме была запущена такая силовая сеть в штате Нью-Йорк, протяжённостью 600 метров. Оператором проекта является компания American Superconductor.

Высокотемпературный сверхпроводящий кабель: 1 - вход жидкого азота; 2 - сверхпроводящая лента (3 фазы); 3 - медный экран (нулевой проводник); 4 - диэлектрик; 5 - выход азота; 6 - криостат; 7 - внешняя изоляция

Эта же корпорация заключила соглашение с южнокорейской компанией LS Power, предусматривающее поставки трёх тысяч километров сверхпроводников с целью постройки на территории корейского государства полусотни километров инновационных сетей в ближайшие годы. В США, кроме того, были опробованы линии длиной 200 метров в Огайо и 3250 метров в Олбани (штат Нью-Йорк).

По информации Всероссийского НИИ кабельной промышленности, разработка лент высокотемпературного типа из сверхпроводников в РФ стартовала в 2004 году. Испытания первой пятиметровой линии прошли два года спустя. Уже в 2009 году была изготовлена лента длиной 200 метров. В институте отметили, что один кабель вмещает в себя в сечении до полусотни таких лент. Сечение одной ленты составляет всего 4х0,1 мм, при этом она может передавать ток силой до 100 ампер.

Высокотемпературный сверхпроводник (ВТСП-лента)

Ленты изготовляются с применением сложной технологии плёночного напыления. Российская сторона закупает исходные проводники у поставщиков. Материал приобретается у упомянутой American Superconductor, а также у Superpower. Эти предприятия - единственные в мире, которые выпускают сверхпроводники. После покупки исходных материалов отечественными специалистами создаётся модельный кабель.

Особенности российских электросетей

Сверхпроводники - дело, вероятно, неблизкого будущего, а в настоящем российские электрические сети структурно не отличаются от систем, которые работают во всём мире. В Единую национальную сеть страны входят все высоковольтные компоненты - линии и подстанции напряжением от 220 кВ. В национальную систему включены ЛЭП и других классов, а также некоторые элементы электросетевого хозяйства в соответствии с критериями, установленными правительством. Тем не менее, российским сетям присущи любопытные индивидуальные особенности.

Несколько интересных фактов об электросетях России:

1. В общей сложности в России насчитывается 10,7 тыс. линий электропередачи с напряжением от 110 кВ до 1,15 тыс. кВ.
2. В стране есть уникальный электросетевой объект - участок Экибастуз–Кокшетау линии «Сибирь–Центр», напряжение в котором, по проекту, достигает упомянутых 1,15 тыс. кВ. Примечательно, что под таким высоким напряжением физически не в состоянии функционировать ни одна линия в мире. Впрочем, сейчас данный участок протяжённостью 432 километра работает под напряжением 500 кВ. Линия была построена ещё во времена СССР, в 1980–1988 годах. Большая часть ЛЭП проходит по казахстанской территории (1,421 тыс. км).
3. Электрические сети России используются для обеспечения параллельной работы с энергосистемами сопредельных государств - бывших республик СССР. Кроме того, через вставки постоянного тока передача электроэнергии осуществляется в Финляндию, Китай и Норвегию. Объём перетоков между электросетями России и других стран в год оценивается более чем в 13,5 млрд кВт·ч.
4. Единая электросеть России в 2001 году решением правительства получила статус общенационального достояния.
5. Сетью управляет оператор ФСК ЕЭС, в ведении которого находятся 140 тыс. километров линий электропередачи, а также 933 подстанции суммарной мощностью 334,5 мегавольт-ампер.
6. В соответствии с законом об электроэнергетике, в управление ФСК должны передаваться все объекты, которые включены в национальную систему, однако по факту частью систем распоряжаются другие собственники. Ввиду стратегической важности сетей государство обязало последних работать только по договорам о передаче энергии и запретило им использовать или выводить из работы объекты без разрешения оператора.