Klasyfikacja sieci elektrycznych

Sieci elektryczne są klasyfikowane według szeregu wskaźników, które charakteryzują zarówno sieć jako całość, jak i poszczególne linie przesyłowe (PTL).

Z natury prądu

Sieci AC i DC wyróżniają się prądem.

Trójfazowy prąd przemienny 50 Hz ma kilka zalet w porównaniu z prądem stałym:

• możliwość przejścia z jednego napięcia na drugie w szerokim zakresie;

• zdolność do przesyłania dużych mocy na duże odległości, co jest osiągane. Osiąga się to poprzez przekształcenie napięcia generatorów na wyższe napięcie w celu przesyłania energii elektrycznej wzdłuż linii i przekształcenie wysokiego napięcia z powrotem w niskie napięcie w punkcie odbioru. W tym sposobie przesyłania mocy straty w linii są mniejsze, ponieważ zależą od prądu w linii, a prąd dla tej samej mocy jest tym mniejszy, im wyższe jest napięcie;

• przy trójfazowym prądzie przemiennym budowa asynchronicznych silników elektrycznych jest prosta i niezawodna (brak kolektora). Budowa alternatora synchronicznego jest również prostsza niż generatora prądu stałego (bez kolektora itp.);

Wady AC to:

• konieczność generowania mocy biernej, która jest potrzebna głównie do wytworzenia pól magnetycznych transformatorów i silników elektrycznych. Paliwo (w TPP) i woda (w HPP) nie są zużywane do wytworzenia energii biernej, ale prąd bierny (magnesujący) płynący przez linie i uzwojenia transformatorów jest bezużyteczny (w sensie wykorzystania linii do przesyłania energii czynnej) przeciąża je, powoduje w nich straty mocy czynnej oraz ogranicza przesyłaną moc czynną. Stosunek mocy biernej do mocy czynnej charakteryzuje współczynnik mocy instalacji (im niższy współczynnik mocy, tym gorsze wykorzystanie sieci elektrycznych);

• baterie kondensatorów lub kompensatory synchroniczne są często stosowane w celu zwiększenia współczynnika mocy, co powoduje, że instalacje AC są droższe;

• przesyłanie bardzo dużych mocy na duże odległości jest ograniczone stabilnością równoległej pracy systemów elektroenergetycznych, pomiędzy którymi przesyłana jest moc.

Zalety prądu stałego obejmują:

• brak składowej prądu biernego (możliwe pełne wykorzystanie linii);

• wygodna i płynna regulacja w szerokim zakresie liczby obrotów silników prądu stałego;

• wysoki moment rozruchowy w silnikach szeregowych, które znalazły szerokie zastosowanie w trakcji elektrycznej i dźwigach;

• możliwość elektrolizy itp.

Główne wady DC to:

• niemożność konwersji za pomocą prostych środków prądu stałego z jednego napięcia na drugie;

• niemożność stworzenia wysokonapięciowych (WN) prądnic prądu stałego do przesyłu mocy na stosunkowo duże odległości;

• trudność w uzyskaniu prądu stałego WN: w tym celu konieczne jest wyprostowanie prądu przemiennego wysokiego napięcia, a następnie w punkcie odbioru zamienić go na prąd przemienny trójfazowy. Główne zastosowanie wywodzi się z trójfazowych sieci prądu przemiennego. Przy dużej liczbie jednofazowych odbiorników elektrycznych odgałęzienia jednofazowe są wykonane z sieci trójfazowej. Zalety trójfazowego systemu prądu przemiennego to:

• zastosowanie układu trójfazowego do wytworzenia wirującego pola magnetycznego umożliwia realizację prostych silników elektrycznych;

• w systemie trójfazowym straty mocy są mniejsze niż w systemie jednofazowym. Dowód tego stwierdzenia podano w tabeli 1.

Tabela 1. Porównanie układu trójfazowego (trójprzewodowego) z jednofazowym (dwuprzewodowym)

Jak widać z tabeli (wiersze 5 i 6), dP1= 2dP3 i dQ1= 2dQ3, tj. straty mocy w układzie jednofazowym przy tej samej mocy S i napięciu U są dwukrotnie większe. Jednak w systemie jednofazowym są dwa przewody, aw systemie trójfazowym - trzy.

Aby zużycie metalu było takie samo, konieczne jest zmniejszenie przekroju przewodów linii trójfazowej w porównaniu z linią jednofazową o 1,5 razy. Tyle samo razy będzie większy opór, tj. R3= 1,5R1... Podstawiając tę ​​wartość w wyrażeniu za dP3, otrzymujemy dP3 = (1,5S2/ U2) R1, tj. straty mocy czynnej w linii jednofazowej są 2 / 1,5 = 1,33 razy większe niż w linii trójfazowej.

Wykorzystanie prądu stałego

Sieci prądu stałego budowane są do zasilania przedsiębiorstw przemysłowych (warsztaty elektrolizy, piece elektryczne itp.), miejskiego transportu elektrycznego (tramwaj, trolejbus, metro). Aby uzyskać więcej informacji, zobacz tutaj: Gdzie i jak jest używany prąd stały

Elektryfikacja transportu kolejowego odbywa się zarówno na prądzie stałym, jak i przemiennym.

Prąd stały służy również do przesyłania energii na duże odległości, ponieważ wykorzystanie do tego celu prądu przemiennego wiąże się z trudnością w zapewnieniu stabilnej pracy równoległej generatorów elektrowni. W tym przypadku jednak tylko linia przesyłowa działa na prąd stały, na końcu którego prąd przemienny jest przekształcany na prąd stały, a na końcu odbiorczym prąd stały jest odwracany na prąd przemienny.

Prąd stały może być wykorzystywany w sieciach przesyłowych z prądem przemiennym do zorganizowania połączenia dwóch systemów elektrycznych w postaci prądu stałego - przesyłania stałej energii o zerowej długości, gdy dwa systemy elektryczne są połączone ze sobą za pomocą bloku prostownik-transformator. Jednocześnie odchyłki częstotliwości w każdym z układów elektrycznych praktycznie nie wpływają na przesyłaną moc.

Obecnie trwają prace badawczo-rozwojowe nad przesyłem prądu pulsacyjnego, w którym energia jest przesyłana jednocześnie prądem przemiennym i stałym przez wspólną linię elektroenergetyczną. W tym przypadku zamierza się nałożyć na wszystkie trzy fazy linii przesyłowej prądu przemiennego pewne stałe napięcie względem ziemi, wytworzone za pomocą instalacji transformatorowych na końcach linii przesyłowej.

Ten sposób przesyłu mocy umożliwia lepsze wykorzystanie izolacji linii elektroenergetycznej i zwiększa jej nośność w porównaniu z przesyłem prądu przemiennego, a także ułatwia dobór mocy z linii elektroenergetycznych w porównaniu z przesyłem prądu stałego.

Według napięcia

Pod względem napięcia sieci elektryczne są podzielone na sieci o napięciu do 1 kV i powyżej 1 kV.

Każda sieć elektryczna charakteryzuje się napięcie znamionowe, co zapewnia normalną i najbardziej ekonomiczną pracę sprzętu.

Rozróżnij napięcie znamionowe generatorów, transformatorów, sieci i odbiorników elektrycznych. Napięcie znamionowe sieci pokrywa się z napięciem znamionowym odbiorców energii, a napięcie znamionowe generatora, zgodnie z warunkami kompensacji strat napięcia w sieci, przyjmuje się o 5% wyższe niż napięcie znamionowe sieci.

Napięcie znamionowe transformatora ustala się dla jego uzwojenia pierwotnego i wtórnego bez obciążenia. Z uwagi na to, że uzwojenie pierwotne transformatora jest odbiornikiem energii elektrycznej, dla transformatora podwyższającego napięcie jego napięcie znamionowe przyjmuje się jako równe napięciu znamionowemu generatora, a dla transformatora obniżającego - napięcie znamionowe sieć.

Napięcie uzwojenia wtórnego transformatora zasilającego sieć pod obciążeniem musi być o 5% wyższe od napięcia znamionowego sieci. Ponieważ pod obciążeniem występuje spadek napięcia w samym transformatorze, napięcie znamionowe (tj. napięcie obwodu otwartego) uzwojenia wtórnego transformatora jest o 10% wyższe niż napięcie znamionowe sieci.

Tabela 2 pokazuje nominalne napięcia międzyfazowe trójfazowych sieci elektrycznych o częstotliwości 50 Hz. Sieci elektryczne według napięcia są warunkowo podzielone na niskie (220–660 V), średnie (6–35 kV), wysokie (110–220 kV), ultrawysokie (330–750 kV) i ultrawysokie (1000 kV i więcej ) sieci napięciowe.

Tabela 2. Napięcia standardowe, kV, zgodnie z GOST 29322–92

W transporcie i przemyśle stosuje się następujące napięcia stałe: dla sieci napowietrznej zasilającej tramwaje i trolejbusy — 600 V, wagony metra — 825 V, dla zelektryfikowanych linii kolejowych — 3300 i 1650 V, kopalnie odkrywkowe obsługiwane są przez trolejbusy i elektryczne lokomotywy zasilane z sieci jezdnej 600, 825, 1650 i 3300 V, podziemny transport przemysłowy wykorzystuje napięcie 275 V. Sieci pieców łukowych mają napięcie 75 V, elektrolizery 220-850 V.

Według projektu i lokalizacji

Sieci antenowe i kablowe, okablowanie i przewody różnią się konstrukcją.

Według lokalizacji sieci są podzielone na zewnętrzne i wewnętrzne.

Sieci zewnętrzne realizowane są z gołymi (nieizolowanymi) przewodami i kablami (podziemne, podwodne), wewnętrzne - z kablami, przewodami izolowanymi i gołymi, magistralami.

Ze względu na konsumpcję

W zależności od charakteru konsumpcji wyróżnia się miejskie, przemysłowe, wiejskie, zelektryfikowane linie kolejowe, rurociągi naftowe i gazowe oraz instalacje elektryczne.

Po uzgodnieniu

Różnorodność i złożoność sieci elektrycznych doprowadziła do braku jednolitej klasyfikacji i stosowania różnych terminów przy klasyfikacji sieci ze względu na przeznaczenie, rolę i funkcje pełnione w schemacie zasilania.

Sieci elektryczne NSE dzielą się na sieci szkieletowe i dystrybucyjne.

Kręgosłup nazywa się siecią elektryczną, która łączy elektrownie i zapewnia ich funkcjonowanie jako jednego obiektu sterującego, jednocześnie dostarczając energię z elektrowni. Oddział zwaną siecią energetyczną. dostarczanie energii elektrycznej ze źródła zasilania.

W GOST 24291-90 sieci elektryczne są również podzielone na sieci szkieletowe i dystrybucyjne.Ponadto wyróżnia się sieci miejskie, przemysłowe i wiejskie.

Zadaniem sieci dystrybucyjnych jest dalsza dystrybucja energii elektrycznej z podstacji sieci szkieletowej (częściowo także z dystrybucyjnych szyn napięciowych elektrowni) do centralnych punktów sieci miejskich, przemysłowych i wiejskich.

Pierwszy stopień publicznych sieci dystrybucyjnych to 330 (220) kV, drugi - 110 kV, następnie energia elektryczna jest rozprowadzana siecią elektroenergetyczną do odbiorców indywidualnych.

Ze względu na pełnione funkcje wyróżnia się sieci szkieletowe, zasilające i dystrybucyjne.

Główne sieci 330 kV i powyżej pełnić funkcje tworzenia zunifikowanych systemów energetycznych.

Sieci elektroenergetyczne przeznaczone są do przesyłu energii elektrycznej z podstacji sieci autostradowej i częściowo szynoprzewodów 110 (220) kV elektrowni do centralnych punktów sieci dystrybucyjnych — podstacji regionalnych. Sieci dostawcze zwykle zamknięte. Wcześniej napięcie tych sieci wynosiło 110 (220) kV, ostatnio napięcie sieci elektrycznych z reguły wynosi 330 kV.

Sieci dystrybucji są przeznaczone do przesyłu energii elektrycznej na krótkie odległości z autobusów niskiego napięcia podstacji okręgowych do miejskich odbiorców przemysłowych i wiejskich. Takie sieci dystrybucyjne są zazwyczaj otwarte lub działają w trybie otwartym. Wcześniej takie sieci były wykonywane przy napięciu 35 kV i niższym, a teraz - 110 (220) kV.

Sieci elektroenergetyczne są również podzielone na lokalne i regionalne, a ponadto sieci zasilające i dystrybucyjne. Sieci lokalne to 35 kV i niższe, a regionalne — 110 kV i wyższe.

Jedzenie to linia przechodząca od punktu centralnego do punktu dystrybucji lub bezpośrednio do podstacji bez dystrybucji energii elektrycznej wzdłuż jej długości.

Oddział nazywana jest linia, do której na swojej długości podłączonych jest kilka podstacji transformatorowych lub wejścia do instalacji elektrycznych odbiorców.

Zgodnie z celem w schemacie zasilania sieci są również podzielone na lokalne i regionalne.

Do miejscowych obejmują sieci o niskiej gęstości obciążenia i napięciu do 35 kV włącznie. Są to sieci miejskie, przemysłowe i wiejskie. Krótkie przepusty głębokie 110 kV są również klasyfikowane jako sieci lokalne.

Okręgowe sieci elektryczne obejmują duże obszary i mają napięcie 110 kV i wyższe. Poprzez sieci regionalne energia elektryczna jest przesyłana z elektrowni do miejsc zużycia, a także dystrybuowana między regionalnymi i dużymi podstacjami przemysłowymi i transportowymi, które zasilają sieci lokalne.

Sieci regionalne obejmują główne sieci systemów elektrycznych, główne linie transmisyjne do komunikacji wewnątrz- i międzysystemowej.

Sieci rdzeniowe zapewniają łączność między elektrowniami oraz z regionalnymi centrami konsumenckimi (podstacjami regionalnymi). Są one przeprowadzane zgodnie ze złożonymi schematami wieloobwodowymi.

Magistrale energetyczne komunikacja wewnątrzsystemowa zapewnia komunikację pomiędzy oddzielnie zlokalizowanymi elektrowniami z główną siecią systemu elektroenergetycznego, a także komunikację zdalnych dużych użytkowników z punktami centralnymi. Zwykle jest to linia napowietrzna 110-330 kV i większa o dużej długości.

W zależności od ich roli w schemacie zasilania sieci zasilające, sieci dystrybucyjne i główne sieci systemów elektroenergetycznych różnią się.

Odżywczy nazywane są sieciami, którymi dostarczana jest energia do stacji i RP, dystrybucja — sieci, do których bezpośrednio podłączone są stacje elektroenergetyczne lub transformatorowe (zwykle są to sieci do 10 kV, ale często sieci rozgałęzione o wyższych napięciach odnoszą się również do sieci dystrybucyjnych, jeśli jest do nich podłączona duża liczba stacji odbiorczych). Do głównych sieci obejmują sieci o najwyższym napięciu, na których wykonywane są najmocniejsze połączenia w układzie elektrycznym.