Классификация электрических сетей

Лекция № 2 Классификация электрических сетей Электрические сети классифицируются: 1. по роду тока; 2. по номинальному напряжению; 3. по конструктивному исполнению; 4. по расположению; 5. по конфигурации; 6. по степени резервирования; 7. по выполняемым функциям; 8. по характеру потребителей; 9. по назначению в схеме электроснабжения; 10. по режиму работы нейтрали. Рассмотрим каждую классификацию более подробнее. 1. По роду тока По роду тока различают сети переменного и постоянного тока. Основное распространение получили сети трехфазного переменного тока. Однофазными выполняются внутриквартирные сети. Они выполняются как ответвления от трехфазной четырехпроводной сети. Сети постоянного тока используются в промышленности (например, электрические печи для плавки металла, электролизные цеха и т.д.) и для питания городского электротранспорта. Постоянный ток используется для передачи электроэнергии на большие расстояния. Но, при этом, на постоянном токе работают только линии электропередачи (в начале и конце ЛЭП строятся преобразовательные подстанции, на которых происходит преобразование постоянного тока в переменный и обратно). Использование постоянного тока, в данном случае, обеспечивает устойчивую параллельную работу генераторов электростанций. Постоянный ток также используется для организации связи электрических систем. При этом отклонение частоты в каждой системе, практически не отражается на передаваемой мощности. Существуют передачи так называемого «пульсирующего тока». В данных системах электроэнергия передается по общей линии электропередачи одновременно переменным и постоянным токами. У такой передачи увеличивается пропускная способность по отношению к ЛЭП переменного тока и облегчается отбор мощности по сравнению с ЛЭП постоянного тока. 2. По напряжению По напряжению, согласно ПУЭ, сети делятся на сети напряжением до 1000 В (сети низкого напряжения) и сети напряжением выше 1000 В (сети высокого напряжения). В различной литературе встречается следующее деление: 1. сети низких напряжений (220-660 В); 2. сети средних напряжений (6-35 кВ); 3. сети высоких напряжений (110-220 кВ); 4. сети сверхвысоких напряжений (330-750 кВ); 5. сети ультравысоких напряжений (более 1000 кВ). 3. По конструктивному исполнению По конструктивному исполнению различают воздушные и кабельные сети, проводки и токопроводы. Токопровод – это установка для передачи и распределения электроэнергии, используемая (состоящая неизолированных из на промышленных и изолированных предприятиях проводников, изоляторов, защитных оболочек и опорных конструкций). Электропроводки предназначены для выполнения электрических сетей в зданиях (обычно состоят из изолированных проводников, коммутирующих устройств, устройств для подключения потребителей электроэнергии). 4. По расположению По расположению сети делятся на наружные и внутренние. Наружные сети выполняются неизолированными (голыми) проводами и кабелями. Внутренние сети выполняются изолированными проводами. 5. По конфигурации По конфигурации сети делятся на разомкнутые (рисунок 1) и замкнутые (рисунок 2). а б ИП ИП ЛЭП ЛЭП1 ЭП ЭП1 ЛЭП2 ЭП2 в ИП ЛЭП1 ЛЭП2 ЛЭП3 ЭП2 ЭП1 Рисунок 1 – Разомкнутые сети: а – радиальная; б – магистральная; в – магистральная с ответвлением а ИП б ИП1 ИП2 ЛЭП1 ЛЭП1 ЛЭП2 ЛЭП3 ЛЭП2 ЭП1 ЛЭП3 ЭП1 ЭП2 ЭП2 в ЛЭП1 ИП1 ЛЭП2 ИП2 ЭП1 ЛЭП4 ЛЭП3 ЭП2 ЛЭП5 ЭП3 ЛЭП6 ЭП4 ЛЭП7 Рисунок 2 – Замкнутые сети: а – кольцевая; б – с двухсторонним питанием; в – сложнозамкнутая Разомкнутые сети питаются от одного источника питания и передают электроэнергию к потребителям только в одном направлении. В замкнутых сетях электроприемники получают питание минимум от двух источников питания. Различают простые замкнутые сети и сложнозамкнутые сети. Простые замкнутые сети имеют один замкнутый контур, сложнозамкнутые – несколько. К простым замкнутым сетям относят кольцевую сеть и сеть с двухсторонним питанием. 6. По степени резервирования По степени резервирования сети делятся на резервированные и нерезервированные. Замкнутые сети всегда резервированные, потому что при отключении любого источника или ЛЭП, теоретически, ни один из потребителей не потеряет питание. Магистральные и радиальные сети, выполненные одной цепью, являются нерезервированными, т.к. часть или все потребители теряют питание в зависимости от места повреждения и мест установки коммутационной аппаратуры. Магистральные и радиальные сети, выполненные двумя цепями, теоретически, являются резервированными. 7. По выполняемым функциям По выполняемым функциям различают системообразующие, питающие и распределительные сети. Системообразующие сети – это сети напряжением 330 кВ и выше, выполняющие функцию формирования электрических систем, объединяя мощные электростанции и обеспечивая их функционирование как единого объекта управления. Эти сети характеризуются большим радиусом охвата, значительными нагрузками. Данные сети выполняются по сложнозамкнутым многоконтурным схемам с несколькими источниками питания. Питающие сети – сети, предназначенные для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети и от шин 110-220 кВ электростанций к районным подстанциям. Питающие сети обычно замкнуты. Распределительные сети – сети, предназначенные для передачи электроэнергии на небольшие расстояния, от шин среднего и низшего напряжений районных подстанций непосредственно к потребителям. Такие сети, часто, выполняются по разомкнутым схемам. 8. По характеру потребителей По характеру потребителей сети делятся на городские, промышленные и сельские. Городские сети характеризуются высокой плотностью электрических нагрузок (до 12 МВА/км2) и большим количество разнородных потребителей. К промышленным сетям относятся сети промышленных предприятий. Эти сети делятся на сети внешнего и внутреннего электроснабжения. Напряжение данных сетей зависит от близости потребителей к питающей подстанции. Если питающая подстанция расположена вблизи предприятия, то напряжение внешнего электроснабжения составит 6-10 кВ, а внутреннего – до 1000 В. Если питающая подстанция расположена далеко, то напряжение внешнего электроснабжения повышается (чем дальше питающая ПС, тем выше напряжение внешнего электроснабжения). Для промышленных сетей существует понятие так называемого «глубокого ввода», когда высокое напряжение (110-220 кВ) заводится на территорию предприятия, миную дополнительные трансформации (при этом внутренне электроснабжение имеет напряжение 6-35 кВ). Сельские сети – сети напряжением 0,4-220 кВ, предназначенные для питания небольших населенных пунктов и сельскохозяйственных предприятий. Данные сети отличаются большой протяженностью и малой плотностью нагрузок (до 50 кВА/км2). Сельские сети выполняются, в основном, воздушными линиями электропередачи по разомкнутым схемам. 9. По назначению в схеме электроснабжения По назначению в схеме электроснабжения сети делятся на местные и районные. Местные сети охватывают площади радиусом до 30 км. Они имеют небольшую плотность нагрузки и напряжение до 35 кВ включительно. К ним относятся сельские, коммунальные и промышленные сети. К местным сетям также относят «глубокие вводы» промышленных предприятий. Районные сети охватывают большие районы и имеют питающее напряжение от 110 кВ и выше. По районным сетям осуществляется передача электроэнергии от электростанций в места её потребления. К районным сетям относятся основные сети системы, электропередачи внутрисистемной и межсистемной связи. линии 10. По режиму работы нейтрали По режиму работы нейтрали сети делятся: 1. на сети с изолированной нейтралью (сети напряжением 6-35 кВ, редко сети напряжением до 1000 В); 2. на сети с компенсированной нейтралью (сети 6-35 кВ); 3. на сети с эффективно-заземленной нейтралью (сети напряжением 110 кВ); 4. на сети с глухозаземленной нейтралью (сети напряжением до 1000 В, сети напряжением 220 кВ и выше). Нейтраль – это точка соединения фазных обмоток трансформатора (генератора) при схеме соединения «звезда» (схема соединения «звезда» практически всегда применяется на первичных обмотках трансформатора или генератора). Режим работы нейтрали определяется способом соединения нейтрали с землей. В сетях с изолированной нейтралью, электроустановки не имеют связи с землей. В сетях с компенсированной нейтралью имеется связь с землей через дугогасительную катушку. В сетях с глухозаземленной нейтралью, нейтраль имеет непосредственную связь с землей, либо связь с землей через малое активное сопротивление. В сетях с эффективнозаземленной нейтралью, часть нейтралей трансформаторов заземлена, остальная часть разземлена (в нейтраль включены разъединитель и разрядник). Выбор режима работы нейтрали в сетях до 1000 В определяется безопасностью работ. В сетях выше 1000 В следующими причинами: 1. стоимостью изоляции оборудования; 2. величиной токов однофазного замыкания на землю. В соответствии с ПУЭ электроустановки напряжением до 1000 В работают либо с глухозаземленной, либо с изолированной нейтралью. В первом случае имеем четырехпроводную сеть (самый распространенный случай). Замыкание любой фазы на землю приводит к короткому замыканию в сети. Предохранитель поврежденной фазы перегорает, а две «здоровые» фазы остаются в работе при фазном напряжении. Во втором случае имеем трехпроводную сеть. В такой сети замыкание фазы на землю не приводит к значительному росту тока в месте повреждения, фазе не отключается. Фазные напряжения неповрежденных фаз возрастают до линейных значений (т.е. возрастают в √3 раз). В обоих случаях изоляция рассчитывается на линейное напряжение. Сети напряжением 6-35 кВ считаются сетями с малыми токами замыкания на землю (согласно ПУЭ, малые токи замыкания на землю – токи до 500 А). Работают такие сети либо с изолированной, либо с компенсированной нейтралью. В сети с изолированной нейтралью, при касании фазы на землю, напряжение этой фазы становится равным нулю, а на «здоровых» фазах напряжение возрастает до линейного значения. Поэтому изоляция должна быть рассчитана на линейное напряжение. Емкостной ток в поврежденной фазе равен нулю, а в неповрежденных фазах увеличивается в √3 раз. Суммарный емкостной ток (равный 3I) будет протекать через место замыкания фазы на землю и источник питания. Если величина данного тока в сетях 6-10 кВ превышает 30 А, а в сетях 35 кВ – 10 А, то в нейтраль трансформаторов необходимо включить дугогасительную катушку (компенсированная нейтраль), для компенсации емкостного тока. Сети 6-35 кВ не требуют моментального отключения и могут работать при замыкании на землю несколько часов. Но повреждение в данных сетях можно обнаружить только при очередном отключении потребителей. Сети напряжением 110 кВ и выше считаются сетями с большими токами замыкания на землю (согласно ПУЭ, большие токи замыкания на землю – токи более 500 А). Они не могут работать с изолированной нейтралью, так как изоляция в этом случае должна рассчитываться на линейное напряжение, а для данных сетей это очень дорого. Поэтому данные сети работают с заземленной нейтралью. При этом ток однофазного короткого замыкания может превышать ток трехфазного короткого замыкания. В сетях 110 кВ часть нейтралей разземляют, чтобы величина токов однофазного короткого замыкания не превышала величину токов трехфазного короткого замыкания. Глухому заземлению в данном случае подвергаются трансформаторы на электростанциях, узловых подстанциях и тупиковых потребительских подстанциях (тем самым напряжение на неповрежденных фазах не превышает 80% от линейного напряжения). В сетях 220 кВ и выше применяют глухое заземление нейтрали всех трансформаторов (при этом напряжение на неповрежденных фазах не превышает фазное, а коммутационная аппаратура выбирается по большему значению токов короткого замыкания).