Класифікація електричних мереж

Електричні мережі класифікують за низкою показників, що характеризують як мережу в цілому, так і окремі лінії електропередачі (ЛЕП).

За родом струму

По струму розрізняють мережі змінного і постійного струму.

Трифазний змінний струм 50 Гц має ряд переваг в порівнянні з постійним:

• можливість трансформації з одного напруги на інше в широких межах;

• можливість передачі великих потужностей на великі відстані. Це досягається трансформацією напруги генераторів в більш високу напругу для передачі електроенергії по лінії і зворотної трансформацією високої напруги в низьке на приймальному пункті. При такому способі передачі електроенергії втрати в лінії зменшуються, так як вони залежать від струму в лінії, а струм при одній і тій же потужності тим менше, чим вище напруга;

• при трифазному змінному струмі конструкція асинхронних електродвигунів проста і надійна (немає колектора). Конструкція синхронного генератора змінного струму також простіше генератора постійного струму (відсутній колектор і ін.); 

Недоліками змінного струму є:

• необхідність вироблення реактивної потужності, яка потрібна в основному для створення магнітних полів трансформаторів і електродвигунів. На вироблення реактивної енергії паливо (на ТЕС) і вода (на ГЕС) не витрачає, однак реактивний струм (струм намагнічування), протікаючи по лініях і обмоток трансформаторів, марно (в сенсі використання ліній для передачі активної енергії) перевантажує їх, викликає втрати активної потужності в них і лімітує передану активну потужність. Ставлення реактивної потужності до активної характеризує коефіцієнт потужності установки (чим менше коефіцієнт потужності, тим гірше використовуються електричні мережі);

• для підвищення коефіцієнта потужності часто використовують конденсаторні батареї або синхронні компенсатори, що здорожує установки змінного струму;

• передача дуже великих потужностей на великі відстані лімітується стійкістю паралельної роботи енергосистем, між якими здійснюється передача потужності.

До переваг постійного струму слід віднести:

• відсутність реактивної складової струму (можливо повне використання ліній);

• зручне і плавне регулювання в великих межах числа обертів електродвигунів постійного струму;

• великий початковий обертається момент у серієсний двигунів, які знайшли широке застосування в електротязі і кранах;

• можливість електролізу та ін.

Основними недоліками постійного струму є:

• неможливість трансформації простими засобами постійного струму одного напруги в інше;

• неможливість створення генераторів постійного струму високої напруги (ВН) для передачі потужності на порівняно великі відстані;

• складність отримання постійного струму ВН: для цієї мети необхідно змінний струм ВН випрямляти, а потім на місці прийому інвертувати в трифазний змінний. Основне застосування отримали мережі трифазного змінного струму. При великій кількості електроприймачів однофазного струму від трифазної мережі робляться однофазні відгалуження. Перевагами трифазної системи змінного струму є:

• застосування трифазної системи для створення обертового магнітного поля дає можливість виконання простих електродвигунів;

• в трифазній системі втрати потужності менше, ніж в одно- фазной. Доказ цього положення наводиться в табл.1. 

Як видно з таблиці (рядки 5 і 6), dР1 = 2dР3 і dQ1 = 2dQ3, тобто втрати потужності в однофазної системі при тих же потужності S і напрузі U більше в два рази. Однак в однофазної системі два дроти, а в трифазній три.

Щоб витрата металу був тим же, потрібно зменшити перетин проводів трифазної лінії в порівнянні з однофазної в 1,5 рази. У стільки ж разів буде більше опір, тобто R3 = 1,5R1. Підставляючи це значення у вираз для dР3, отримаємо dР3 = (1,5S2 / U2) R1, тобто втрати активної потужності в однофазної лінії в 2 / 1,5 = 1,33 рази більше, ніж в трифазній. 

Використання постійного струму

Мережі постійного струму споруджуються для живлення промислових підприємств (електролізних цехів, електричних печей і т. Д.), Міського електротранспорту (трамвая, тролейбуса, метрополітену). Детальніше про це дивіться тут: Де і як використовується постійний струм

Електрифікація залізничного транспорту здійснюється як на постійному, так і змінному струмі.

Постійний струм використовують також для передачі енергії на великі відстані, оскільки застосування змінного струму для цієї мети пов'язане з труднощами забезпечення стійкої паралельної роботи генераторів електростанцій. Однак па постійному струмі при цьому працює лише ЛЕП, на живильному кінці якої змінний струм перетвориться в постійний, а на приймальному кінці відбувається інвертування постійного струму в змінний.

Постійний струм може бути використаний в електропередачах змінного струму для організації зв'язку двох електричних систем у вигляді вставки постійного струму - електропередачі постійного струму нульової довжини, коли дві електричні системи з'єднуються між собою через випрямно-перетворювальну установку. При цьому відхилення частоти в кожній з електричних систем практично не відображаються на переданої потужності.

В даний час проводяться дослідження і розробки електропередачі пульсуючого струму, в якій за загальною ЛЕП енергія одночасно передається змінним і постійним струмом. При цьому передбачається накладення на всі три фази ЛЕП змінного струму деякого постійного щодо землі напруги, створюваного за допомогою перетворювальних установок на кінцях ЛЕП.

Такий спосіб передачі електроенергії дозволяє краще використовувати ізоляцію ЛЕП і збільшує її пропускну спроможність в порівнянні з передачею змінного струму, а також полегшує відбір потужності від ЛЕП в порівнянні з передачею постійного струму. 

По напрузі

По напрузі електричні мережі діляться на мережі напругою до 1 кВ і вище 1 кВ.

Кожна електрична мережа характеризується номінальною напругою, при якому забезпечується нормальна і найбільш економічна робота обладнання.

Розрізняють номінальну напругу генераторів, трансформаторів, мереж і електроприймачів. Номінальна напруга мережі збігається з номінальною напругою електроприймачів, а номінальна напруга генератора за умовами компенсації втрат напруги в мережі приймається на 5% вище номінальної напруги мережі.

Номінальна напруга трансформатора встановлюється для первинної та вторинної його обмоток при холостому ході. У зв'язку з тим, що первинна обмотка трансформатора є приймачем електроенергії, для підвищувального трансформатора її номінальну напругу приймається рівним номінальному напрузі генератора, а для понижуючого - номінальній напрузі мережі.

Напруга вторинної обмотки трансформатора, що живить мережу, при навантаженні має бути на 5% вище номінальної напруги мережі. Так як при навантаженні відбувається втрата напруги в самому трансформаторі, то номінальну напругу (т. Е. Напруга холостого ходу) вторинної обмотки трансформатора приймається на 10% вище номінальної напруги мережі.

У табл. 2 наведені номінальні міжфазні напруги електричних мереж трифазного струму частотою 50 Гц. Електричні мережі по напрузі умовно діляться на мережі низьких (220-660 В), середніх (6-35 кВ), високих (110-220 кВ), надвисоких (330-750 кВ) і ультрависоких (1000 кВ і вище) напруг. 

На транспорті та в промисловості використовуються наступні напруги постійного струму: для контактної мережі, яка живить трамваї і тролейбуси - 600 В, вагони метрополітену - 825 В, для електрифікованих залізниць - 3300 і 1650 В, відкриті гірничі розробки обслуговуються троллейвози і електровозами, що живляться від контактної мережі 600, 825, 1650 і 3300 В, підземний промисловий транспорт використовує напругу 275 В. мережі дугових печей мають напругу 75 В, електролізних установок 220-850 В. 

За конструктивним виконанням і розташуванням

За конструктивним виконанням розрізняють повітряні і кабельні мережі, проводки і струмопроводи.

По розташуванню мережі діляться на зовнішні і внутрішні.

Зовнішні мережі виконують голими (неізольованими) проводами і кабелями (підземними, підводними), внутрішні - кабелями, ізольованими і голими проводами, шинами.

За характером споживання

За характером споживання розрізняють мережі міські, промислові, сільські, електрифікованих залізниць, магістральних нафто- і газопроводів, електричних систем. 

За призначенням

Різноманітність і складність електричних мереж зумовили відсутність єдиної класифікації і використання різних термінів при класифікації мереж за призначенням, ролі і виконуваних функцій в схемі електропостачання.

Електричні мережі поділяються на системоутворюючі і розподільні.

Системоутворюючою називається електрична мережа, яка об'єднує електростанції і забезпечує їх функціонування як єдиного об'єкта управління, одночасно здійснюючи видачу потужності електростанцій. Розподільчої називається електрична мережа. забезпечує розподіл електроенергії від джерела живлення.

У ГОСТ 24291-90 електричні мережі також діляться на системоутворюючі і розподільні. Крім того, виділяються міські, промислові і сільські мережі. 

Призначенням розподільних мереж є подальший розподіл електроенергії від підстанція системоутворюючою мережі (частково також від шин розподільного напруги електростанцій) до центральних пунктів міських, промислових і сільських мереж.

Першою сходинкою розподільних мереж загального користування є мережі 330 (220) кВ, другий - 110 кВ, потім електроенергія розподіляється по мережі електропостачання окремих споживачів.

По виконуваних функцій розрізняються системоутворюючі, що живлять і розподільні мережі.

Системоутворюючі мережі 330 кВ і вище здійснюють функції формування об'єднаних енергосистем.

Живильні мережі призначені для передачі електроенергії від підстанцій системоутворюючою мережі і частково шин 110 (220) кВ електростанцій до центральних Пукто розподільних мереж - районним підстанцій. Живильні мережі зазвичай замкнуті. Раніше напруги цих мереж було 110 (220) кВ, останнім часом напруга електричних мереж, як правило, так само 330 кВ.

Розподільні мережі призначені для передачі електроенергії на невеликі відстані від шин нижчої напруги районних підстанцій до міських промисловим і сільським споживачам. Такі розподільні мережі зазвичай розімкнуті або працюють в розімкнутому режимі. Раніше такі мережі виконувалися на напрузі 35 кВ і нижче, а в даний час - 110 (220) кВ.

Електричні мережі поділяються також на місцеві та районні і, крім того, на що живлять і розподільні. До місцевих відносять мережі 35 кВ і нижче, до районних - 110 кВ і вище.

Живильною називається лінія, що йде від центрального пункту до розподільного пункту або безпосередньо до підстанцій, без розподілу електроенергії по її довжині.

Розподільчою називається лінія до якої уздовж довжини приєднано кілька трансформаторних підстанцій або вводів до електроустановок споживачів.

За призначенням в схемі електропостачання мережі також діляться на місцеві та районні.

До місцевих належать мережі з малою щільністю навантаження і напругою до 35 кВ включно. Це міські, промислові і сільські мережі. До місцевих мереж зараховують також глибокі вводи 110 кВ невеликої довжини.

Районні електричні мережі охоплюють великі території і мають напругу 110 кВ і вище. За районним мережам електроенергія передається від електростанцій в місця споживання, а також розподіляється між районними та великими промисловими і транспортними підстанціями, що живлять місцеві мережі.

До районних мереж відносяться основні мережі електричних систем, магістральні ЛЕП внутрішньо- і межсистемной зв'язку.

Основні мережі забезпечують зв'язок електростанцій між собою і з районними центрами споживання (районними підстанціями). Виконуються вони по сложнозамкнутим поява примарного схемами.

Магістральні ЛЕП внутрісистемної зв'язку забезпечують зв'язок окремо розташованих електростанцій з основною мережею електричної системи, а також зв'язок віддалених великих споживачів з центральними пунктами. Зазвичай це ВЛ 110-330 кВ і вище великої протяжності.

За роллю в схемі електропостачання розрізняються живильні мережі, розподільні і основні мережі енергосистем.

Живильними мережами називають мережі, через які енергія підводиться до ПС і РП, розподільними - мережі, до яких безпосередньо приєднуються ЕП або ТП (зазвичай це мережі до 10 кВ, однак часто до розподільних відносять і розгалужені мережі вищої напруги, якщо до них приєднується велика кількість прийомних ПС). До основних мереж відносять мережі найвищої напруги, на якому здійснюються найбільш потужні зв'язки в електричній системі.