Электроэнергетика

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА
Ю.В. ШАРОВ
В.Я. ХОРОЛЬСКИЙ
М.А. ТАРАНОВ
В.Н. ШЕМЯКИН
Рекомендовано федеральным государственным бюджетным
образовательным учреждением высшего профессионального
образования «Национальный исследовательский
университет МЭИ» в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки
13.03.02 «Электроэнергетика»
Допущено УМО по образованию в области энергетики
и электротехники в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки
13.03.02 «Электроэнергетика»
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Москва                                        2025
ИНФРА-М

УДК 621.31(075.8)
ББК 31.2я73
 
Ш26
Шаров Ю.В.
Ш26  
Электроэнергетика : учебное пособие / Ю.В. Шаров, В.Я. Хорольский, М.А. Таранов, В.Н. Шемякин. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2025. — 384 с. — (Высшее 
образование). 
ISBN 978-5-00091-824-1 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-021015-5 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-113722-2 (ИНФРА-М, online)
В учебном пособии в систематизированном виде рассмотрен широкий круг вопросов, связанных с принципами построения, устройством и особенностями функционирования электроэнергетических систем. Учтены отечественные и зарубежные разработки в области создания новейших образцов электротехнических изделий. Цель 
заключается в получении студентами базовых знаний в вопросах производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии для дальнейшего углубленного 
изучения специальных дисциплин.
Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика».
УДК 621.31(075.8)
ББК 31.2я73
Р е ц е н з е н т ы:
Ерошенко Г.П., доктор технических наук, профессор кафедры эксплуатации 
электрооборудования и электрических машин Саратовского государственного 
аграрного университета, заслуженный деятель науки Российской Федерации;
Кононов Ю.Г., доктор технических наук, заведующий кафедрой автоматизированных электроэнергетических систем и электроснабжения Северо-Кавказского 
государственного технического университета
ISBN 978-5-00091-824-1 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-021015-5 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-113722-2 (ИНФРА-М, online)
© Шаров Ю.В., Хорольский В.Я., 
Таранов М.А., Шемякин В.Н., 
2025
© ФОРУМ, 2025

Предисловие
Жизнь современного общества трудно представить без использования элек(
трической энергии. Функции обеспечения электроэнергией потребителей возла(
гаются на энергопредприятия, которые должны бесперебойно поставлять элек(
троэнергию в необходимых количествах и требуемого качества. При этом таким
организациям приходится решать широкий комплекс задач, связанных с произ(
водством, передачей, распределением и потреблением электроэнергии.
В настоящее время электроэнергетика Российской Федерации находится в
стадии реформирования и модернизации. Помимо организационных мероприя(
тий, проводимых с целью внедрения оптимальной структуры управления произ(
водством электрической энергии и эксплуатацией энергетического оборудова(
ния, значительный объем работ проводится по техническому перевооружению
электрических сетей.
Основное направление таких работ связано с применением линий электропе(
редачи с самонесущими изолированными проводами, установкой нового коммута(
ционного оборудования на подстанциях, использованием принципиально новых
устройств релейной защиты и автоматики, широким внедрением диагностических
систем. Серьезные изменения в связи с повсеместным применением цифровых
устройств произошли в разработке оборудования для проведения пусконаладоч(
ных работ, профилактических измерений и эксплуатационных испытаний.
В пособии излагаются принцип действия, устройство, электрические схемы
и основные теоретические сведения об электроустановках, входящих в электро(
энергетические системы. Последовательность изложения материала в пособии
принята в соответствии с делением всей системы на отдельные подсистемы. Зна(
чительное внимание также уделено таким важным общесистемным вопросам,
как автоматика, релейная защита, надежность и экономичность работы электро(
энергетических систем, качество электроэнергии, защита оборудования от пере(
напряжений и др.
При написании материала авторы придерживались позиции, что выпускник
вуза электроэнергетического профиля должен иметь ясное представление о тех
процессах и явлениях, которые происходят в электроустановках, о принципах
построения и функционирования отдельных элементов и электроэнергетической
системы в целом и о тех мерах, которые должен проводить персонал по поддер(
жанию работоспособного состояния электроустановок.
Учебное пособие разработано в соответствии с примерными программами
дисциплин «Электроэнергетика» для подготовки студентов высших учебных за(
ведений.

Глава 1
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
1.1. Понятие об электроэнергетических системах
Электричество играет огромную роль в нашей жизни. Можно без преувели(
чения сказать, что без электрической энергии невозможна нормальная жизнь со(
временного общества. Электрическая энергия широко используется в промыш(
ленности для привода в действие различных механизмов и непосредственно в
технологических процессах, на транспорте, в быту. Работа современных средств
связи: телеграфа, телефона, радио, телевидения основана на применении элек(
троэнергии. Без нее невозможно было бы развитие вычислительной техники,
космических аппаратов и т. д.
Электрическая энергия легко передается на расстояния, дробится на части и
с высоким коэффициентом полезного действия (КПД) преобразуется в другие
виды энергии.
Получение электроэнергии из других видов энергии возможно, но с мень(
шим КПД:
• на тепловых электростанциях (ТЭС) — 35—42 %;
• на атомных электростанциях (АЭС) — 30—35 %;
• на гидроэлектростанциях (ГЭС) — 90—92 %.
Электрическая энергия вырабатывается на специализированных предпри(
ятиях — электрических станциях, преобразующих в электричество другие виды
энергии: химическую энергию топлива, энергию воды, ветра, атомную энергию.
Электрические станции могут находиться вблизи потребителей и, наоборот,
могут быть удалены от них. И в том, и в другом случаях передача электрической
энергии от электростанции к потребителям осуществляется по электрическим
линиям. Однако, когда потребители удалены от электростанции, передачу элек(
троэнергии приходится осуществлять на повышенном напряжении. В этом слу(
чае между электростанцией и потребителями необходимо сооружать повышаю(
щие и понижающие подстанции.
Электрические станции при помощи электрических линий (через подстан(
ции) связывают друг с другом для параллельной работы на общую нагрузку. Та(
кая совокупность электростанций, подстанций и приемников электроэнергии,

связанных между собой линиями электропередачи, называется энергетической
системой.
Электроэнергетической системой (ЭЭС) называется электрическая часть
энергосистемы и питающиеся от нее приемники электроэнергии, объединенные
общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления
электроэнергии.
Производство электроэнергии и электроснабжение потребителей имеют ряд
особенностей.
Накапливать электроэнергию в больших количествах сегодня практически
нельзя, и поэтому с помощью современных средств автоматики постоянно под(
держивается равновесие между вырабатываемой и потребляемой электроэнер(
гией.
Другая особенность — это относительная быстрота протекания переходных
процессов в ней. Волновые процессы совершаются в тысячные и даже миллион(
ные доли секунды. Процессы, связанные с короткими замыканиями, качаниями,
нарушениями устойчивости, происходят в течение долей секунды или несколь(
ких секунд.
Электроэнергетическая система тесно связана со всеми отраслями промыш(
ленности, связью, транспортом. Эта связь осуществляется через гигантскую со(
вокупность разнообразных электроприемников, получающих питание от элек(
троэнергетической системы. В связи с этим остро ставится вопрос надежности
электроснабжения и наличия достаточного резерва мощности во всех ее эле(
ментах.
1.2. Типы электростанций
и особенности их технологических режимов
Электрические станции представляют собой промышленные предприятия,
на которых производится электроэнергия, а в некоторых случаях и тепловая
энергия.
Фактически вся промышленная электроэнергия в стране вырабатывается на
тепловых, гидравлических и атомных электростанциях. В разных странах доля
электроэнергии, производимой на различного вида электростанциях, неодина(
кова. В России в настоящее время тепловые электростанции дают примерно
70 %, атомные и гидроэлектростанции — по 15 % от общего количества электро(
энергии [20]. Основой энергетики в СССР было создание мощных электростан(
ций с установленной мощностью более 1 ГВт. Эта тенденция продолжается и в
настоящее время.
Тепловые электростанции. На тепловых электростанциях используют твер(
дое, жидкое и газообразное топливо. В зависимости от рода первичного двигате(
ля, приводящего во вращение электрический генератор, тепловые электростан(
ции можно подразделить на станции с паровыми турбинами, двигателями внут(
1.2. Типы электростанций и особенности...
5

реннего сгорания и с газовыми турбинами. Станции с паровыми турбинами,
кроме того, подразделяются на конденсационные (КЭС) и теплофикационные
(ТЭЦ). Первые снабжают потребителей только электроэнергией, а вторые —
электрической и тепловой энергией.
На конденсационных электростанциях широко применяются агрегаты с еди(
ничной мощностью 200, 300, а в некоторых случаях и 500 и 800 МВт. Коэффици(
ент полезного действия современных КЭС достигает 40—42 %. Достаточно мощ(
ные ТЭС (до 2400—4800 МВт и выше) располагаются почти во всех регионах
России и называются государственными районными электростанциями (ГРЭС).
Эти станции вместе с гидроэлектростанциями служат основной базой энергети(
ки России.
Для каждого типа станции разрабатывается своя технологическая схема пре(
вращения первичной энергии в электрическую.
Основным оборудованием паротурбинной электростанции являются котель(
ные и турбинные агрегаты. Котельный агрегат служит для выработки водяного
пара, используемого для вращения турбоагрегата. Турбоагрегат состоит из паро(
вой турбины и электрического генератора, вырабатывающего электроэнергию.
Последняя поступает в электрическое распределительное устройство станции и
из него в электрическую сеть энергосистемы.
На рис. 1.1 приведена технологическая схема паротурбинной конденсацион(
ной электростанции, работающей на угольной пыли.
Со склада топлива 1 кусковой уголь У поступает в угледробильное устрой(
ство 2, где уголь разбивается на мелкие куски. Дробленый уголь УД подается в
угольный бункер 3, из которого в угольную мельницу 4, размалывающую его до
пылевидного состояния. Из мельницы угольная пыль УП поступает в располо(
женный у котла бункер 5. Из последнего угольная пыль выдается питателями
пыли 6 и по пылепроводу направляется к горелкам 7 (их несколько в топке) и
через них вдувается в топку котла горячим воздухом ВГ, который подается дуть(
евым вентилятором 12.
Питатели пыли могут менять количество угольной пыли, поступающей в
топку котла при работе его с разной производительностью.
Горячий воздух ВГ, необходимый для горения угольной пыли, предваритель(
но проходит через воздухонагреватель 10, где он подогревается отходящими ды(
мовыми газами Г, которые отсасываются из газоходов котла дымососом 11 и че(
рез дымовую трубу (на схеме не показана) выбрасываются в атмосферу. Холод(
ный воздух В забирается снаружи.
Ввод в топку горячего воздуха улучшает горение топлива и повышает в ней
температуру. Угольная пыль сгорает во взвешенном состоянии, образуя пламя в
виде факела с очень высокой температурой.
Отходящие газы используются также для подогрева в экономайзере 9 пита(
тельной воды ПВ, поступающей в котел.
Использование тепла отходящих газов для подогрева питательной воды и
воздуха, поступающего в топку, уменьшает потери тепла с уходящими газами и
повышает КПД котлоагрегата.
6
Глава 1. Производство электроэнергии

Из котла 8 по паропроводу перегретый пар ПП поступает в паровую турбину
13, в которой он проходит ряд ступеней, совершая механическую работу, при
этом давление и теплосодержание его постепенно уменьшается.
Некоторое количество частично отработавшего в турбине пара ПО (пар от(
бора) отводится от промежуточных ступеней турбины для подогрева питательной
воды. Остальной пар проходит через последующие ступени турбины. Полностью
отработавший в турбине пар ОП поступает в конденсатор 15, где он конденсиру(
ется.
Конечное давление отработавшего пара в паровых турбинах обычно состав(
ляет 0,03—0,04 атм. Столь глубокий вакуум создается и поддерживается в кон(
денсаторе, прежде всего путем интенсивного охлаждения и быстрой конденса(
ции отработавшего пара, непрерывно поступающего в конденсатор. Достигается
это путем пропуска в должном количестве через трубы конденсатора холодной
циркуляционной воды ЦВ, которую подает циркуляционный насос 17 из како(
го(либо водоема — реки, пруда, озера.
Если вблизи станции подходящего водоема нет, то используют один и тот же
объем циркуляционной воды, искусственно охлаждая ее в каком(либо специаль(
ном сооружении, например башне(охладителе (градирне).
Градирня — это пустотелая вытяжная башня высотой до 150 м и диаметром
40—70 м, которая создает естественную тягу с направлением воздушного потока
снизу вверх. Внутри градирни на высоте 10—20 м устанавливают разбрызгиваю(
щее устройство. Капли воды летят вниз навстречу воздуху. При этом часть ка(
пель испаряется, за счет чего охлаждается вода, поступающая из конденсатора и
нагретая в нем. Охлажденная вода собирается внизу в бассейне, откуда насосом
подается обратно в конденсатор.
Воздух, проникающий в конденсатор вместе с отработавшим паром и через
неплотности, удаляется паровым эжектором 16.
Из конденсатора конденсат К перекачивается конденсаторным насосом 18
в деаэратор 19, который служит для удаления из питательной воды растворен(
ных в ней газов, особенно кислорода воздуха, так как последний вызывает ин(
тенсивную коррозию и быстрое разрушение труб котла. В деаэраторе питатель(
ная вода подогревается паром ПО из промежуточного отбора турбины до тем(
пературы, при которой происходит интенсивное выделение растворенных в ней
газов.
Из деаэратора питательная вода ПВ откачивается питательным насосом 20.
На пути в котел питательная вода проходит через несколько водоподогревателей
(на схеме показан один водоподогреватель 21), в которых вода подогревается па(
ром из промежуточных отборов турбины. Поступивший в водоподогреватели пар
конденсируется, конденсат КП отводится в деаэратор. Дополнительно питатель(
ная вода подогревается в водяном экономайзере 9 дымовыми газами.
Для восполнения потерь в систему питания котла через деаэратор 19 посту(
пает добавочная вода ДВ, химически очищенная в специальной установке 22,
питающейся сырой водой СВ. Механическая энергия, вырабатываемая в паро(
вой турбине 13, преобразуется генератором 14 в электроэнергию (ЭЭ), поступаю(
щую через трансформатор 23 в распределительное устройство.
1.2. Типы электростанций и особенности...
7

Основным недостатком конденсационных электростанций является низкий
КПД, не превышающий 40—42 % в основном за счет значительных потерь теп(
ловой энергии с охлаждающей водой.
Температура этой воды невысокая, поэтому использовать ее для каких(либо
целей практически невозможно.
Поскольку ТЭС загрязняют атмосферу, они располагаются вдали от крупных
населенных пунктов, как правило, рядом с топливной базой. Такие станции низ(
команевренны. Пуск и остановка агрегатов занимает от нескольких часов до не(
скольких суток. Электростанции обычно работают в базовой части графика на(
грузки. Блоки останавливают лишь на две(три недели в летний период для пла(
нового ремонта.
Теплоэлектроцентрали. Следующей значительной группой среди ТЭС явля(
ются теплоэлектроцентрали, которые предназначены для комбинированной вы(
8
Глава 1. Производство электроэнергии
Рис. 1.1. Технологическая схема паротурбинной конденсационной электростанции:
1 — склад угля; 2 — угледробильное отделение; 3 — угольный бункер; 4 — угольная мель(
ница; 5 — бункер угольной пыли; 6 — питатели угля; 7 — горелки; 8 — котел; 9 — эконо(
майзер; 10 — подогреватели воздуха; 11 — дымосос; 12 — вентилятор; 13 — паровая турби(
на; 14 — турбогенератор; 15 — конденсатор; 16 — паровой эжектор; 17 — циркуляционный
насос; 18 — конденсационный насос; 19 — деаэратор; 20 — насос питательной воды; 21 —
водоподогреватель; 22 — химочистка сырой воды; 23 — трансформатор

работки тепловой и электрической энергии. Комбинированная выработка повы(
шает КПД современных ТЭЦ до 65—70 %.
Многие ТЭЦ расположены на предприятиях или вблизи них. При этом теп(
ловая энергия в виде пара или горячей воды идет на производственные и комму(
нально(бытовые нужды. В последнем случае ТЭЦ является городской и ее глав(
ная задача — теплофикация жилых домов и коммунально(бытовых предприятий
города.
Гидроэлектростанции. Работа гидравлических станций основана на исполь(
зовании водной энергии. По течению рек на отдельных участках создают с помо(
щью плотин необходимые напоры и запасы воды (водохранилища), что позволя(
1.2. Типы электростанций и особенности...
9
Рис. 1.2. Внешний вид теплоэлектроцентрали
Рис. 1.3. ГЭС с плотиной арочного типа (внизу виден машзал)

ет размещать в этих местах ряд гидроэлектростанций (каскад). Напор создается в
результате разности уровней верхнего и нижнего бьефов.
Особенностью ГЭС является необходимость создания мощных гидротехни(
ческих сооружений: плотин, дамб, каналов, туннелей, необходимых для получе(
ния напора воды и пропуска расхода водостока. Часто здание ГЭС с машинным
залом встраивается в основное гидротехническое сооружение. Выбор места со(
оружения ГЭС является сложной геологической и строительной задачей.
Технологический процесс работы ГЭС можно уяснить из схемы, приведен(
ной на рис. 1.4.
Вода верхнего уровня 1 плотины 3 по напорному трубопроводу 4 поступает в
спиральную камеру 8, охватывающую колесо гидротурбины 9. Из спиральной ка(
меры вода стекает на лопатки колеса турбины, а затем через отсасывающую тру(
бу 10 вода поступает в водное пространство нижнего уровня 2 плотины.
Вертикальный вал турбины соединен с валом гидрогенератора 11. Электро(
энергия от генератора поступает в закрытое распределительное устройство гене(
раторного напряжения 14 и далее в повышающий трансформатор 15, а от него по
воздушной линии 16 в открытое распределительное устройство повышенного на(
пряжения и далее в электрическую сеть энергосистемы. Трос 17 защищает воз(
душную линию от прямых ударов молнии.
10
Глава 1. Производство электроэнергии
Рис. 1.4. Разрез плотинной гидроэлектростанции:
1 — верхний уровень воды; 2 — нижний уровень воды; 3 — плотина; 4 — напорный трубо(
провод; 5 — ремонтный затвор; 6 — затвор; 7 — кран; 8 — спиральная камера; 9 — гидро(
турбина; 10 — отсасывающий трубопровод; 11 — гидрогенератор; 12 — здание станции;
13 — кран; 14 — распределительное устройство; 15 — повышающий трансформатор; 16 —
воздушная ЛЭП; 17 — грозозащитный трос