Для промышленных предприятий основным источником электроснабжения являются электрические станции, объединенные в энергетические системы. Количество электроэнергии, вырабатываемой генераторами станций энергосистемы, в каждый момент времени должно быть равно ее потреблению. Соответственно должны быть равны и их активные мощности:
Рг = Рп + Рсн + ΔРΣ, (4.1)
где Рг – суммарная активная нагрузка генераторов системы;
Рп – суммарная активная нагрузка потребителей системы;
Рсн – суммарная активная мощность, потребляемая на собственные нужды всей системы в целом;
ΔРΣ – суммарные потери активной мощности во всех звеньях электрической системы.
Так как нагрузка энергосистемы все время изменяется, то равенство нагрузок (4.1) может постоянно нарушаться. Если изменения нагрузки находятся в допустимых для данной системы пределах, то благодаря автоматическим устройствам (выпуск энергоносителя: воды, пара и др.) равенство нагрузок восстановится и система придет в состояние динамического равновесия.
Если же нагрузка потребителей превысит допустимую для турбин системы нагрузку – это может стать причиной длительного нарушения равенства нагрузок (4.1). В результате происходит снижение оборотов турбин, а, следовательно, и частоты вращения системы. Это приводит к нарушению нормальной работы механизмов собственных нужд электростанций, к недопустимой перегрузке генераторов системы и к нарушению устойчивой работы потребителей.
Следовательно, для обеспечения надежной работы потребителей особое значение имеет наличие достаточных резервов мощности в энергосистеме. Необходимо, чтобы суммарная установленная мощность работающих генераторов превышала нагрузку системы, и тогда даже при отключении наибольшего по мощности агрегата нагрузка системы нормально распределится между другими оставшимися в работе агрегатами.
Опыт эксплуатации электростанций и систем показывает, что резерв мощности должен быть не меньше 10% от их установленной мощности. Причем часть оборудования должна находиться в горячем (вращающемся) резерве и работать с неполной нагрузкой, а другая – в холодном резерве, т.е. должна быть подготовлена к вводу в эксплуатацию.
Чтобы обеспечить питание ответственных потребителей, не допускающих отключений и отклонений от нормального режима работы, в энергосистемы вводят дополнительные устройства автоматической частотной разгрузки (АЧР). Устройства АЧР автоматически отключают часть менее ответственных потребителей при снижении частоты в системе до определенных пределов. Это способствует восстановлению баланса активных мощностей (4.1) и поддержанию необходимой частоты в системе.
Потребление активной мощности обязательно сопровождается потреблением и реактивной мощности. Передача по сетям реактивной мощности вызывает в них дополнительные потери активной мощности и напряжения. Реактивная мощность в электрических системах создается генераторами станций при их перевозбуждении и высоковольтными линиями большой протяженности. Для нормальной работы системы, вырабатываемые и потребляемые в ней реактивные мощности должны быть равны:
Qг + Qл = Qп + Qсн + ΔQл + ΔQт, (4.2)
где Qг – суммарная реактивная мощность, вырабатываемая генераторами системы;
Qл – суммарная реактивная емкостная мощность, генерируемая линиями:
Qп – суммарная реактивная мощность потребителей электроэнергии (с учетом компенсирующих устройств);
Qсн – суммарная реактивная мощность потребителей собственных нужд всей системы в целом;
Qл – суммарные потери реактивной мощности в линиях;
Qт – суммарные потери реактивной мощности в трансформаторах.
Так как реактивная мощность создается в основном генераторами, то при полной загрузке генераторов по активному току в системе может возникнуть дефицит реактивной мощности, что приведет к снижению напряжения в сети. При большом дефиците реактивной мощности может произойти такое понижение напряжения, при котором ток потребителей значительно увеличится, что приведет к дальнейшему снижению напряжения и т.д. Такое снижение напряжения в системе называется лавиной напряжении.
Для защиты от аварийной лавины напряжения все генераторы снабжаются автоматическими регуляторами напряжения (АРН) и быстродействующей форсировкой возбуждения. Следовательно, в системе должен быть определенный резерв реактивной мощности. Для этого в местах наибольшего потребления реактивной мощности устанавливают компенсирующие устройства: СК, СД, ИРМ, БК, которые разгружают линии от протекания по ним некоторой части реактивной мощности, уменьшая при этом потери мощности и напряжения в сети.
При питании предприятия от энергосистемы, как правило, обеспечивается надежность электроснабжения, требуемое качество и необходимое количество электроэнергии. Вопросы получения тепловой энергии и горячей воды в этом случае должны решаться дополнительно.