Klasifikácia elektrických sietí

Elektrické siete sú klasifikované podľa množstva ukazovateľov, ktoré charakterizujú sieť ako celok aj jednotlivé prenosové vedenia (PTL).

Podľa povahy prúdu

AC a DC siete sa rozlišujú podľa prúdu.

Trojfázový striedavý prúd 50 Hz má oproti jednosmernému prúdu niekoľko výhod:

• schopnosť transformovať sa z jedného napätia na druhé v širokom rozsahu;

• schopnosť prenášať veľké výkony na veľké vzdialenosti, čo je dosiahnuté. To sa dosiahne transformáciou napätia generátorov na vyššie napätie na prenos elektriny pozdĺž vedenia a konverziou vysokého napätia späť na nízke napätie v prijímacom bode. Pri tomto spôsobe prenosu výkonu sa straty vo vedení znižujú, pretože závisia od prúdu vo vedení a prúd pri rovnakom výkone je menší, čím vyššie je napätie;

• s trojfázovým striedavým prúdom je konštrukcia asynchrónnych elektromotorov jednoduchá a spoľahlivá (bez kolektora). Konštrukcia synchrónneho alternátora je tiež jednoduchšia ako DC generátor (bez kolektora atď.);

Nevýhody AC sú:

• potreba generovania jalového výkonu, ktorý je potrebný hlavne na vytváranie magnetických polí transformátorov a elektromotorov. Palivo (v TPP) a voda (v HPP) sa nespotrebúvajú na výrobu jalovej energie, ale jalový prúd (magnetizačný prúd) pretekajúci vedeniami a vinutiami transformátorov je zbytočný (v zmysle použitia vedení na prenos činnej energie) preťažuje ich, spôsobuje v nich straty činného výkonu a obmedzuje prenášaný činný výkon. Pomer jalového výkonu k aktívnemu výkonu charakterizuje účinník inštalácie (čím nižší je účinník, tým horšie sa používajú elektrické siete);

• kondenzátorové banky alebo synchrónne kompenzátory sa často používajú na zvýšenie účinníka, čo predražuje inštalácie striedavého prúdu;

• prenos veľmi veľkých výkonov na veľké vzdialenosti je obmedzený stabilitou paralelnej prevádzky energetických systémov, medzi ktorými sa výkon prenáša.

Medzi výhody jednosmerného prúdu patria:

• absencia zložky jalového prúdu (je možné plné využitie vedení);

• pohodlné a plynulé nastavenie v širokom rozsahu počtu otáčok jednosmerných motorov;

• vysoký rozbehový moment v sériových motoroch, ktoré našli široké uplatnenie v elektrickej trakcii a žeriavoch;

• možnosť elektrolýzy a pod.

Hlavné nevýhody DC sú:

• nemožnosť konverzie jednoduchými prostriedkami jednosmerného prúdu z jedného napätia na druhé;

• nemožnosť vytvorenia vysokonapäťových (VN) generátorov jednosmerného prúdu na prenos energie na relatívne veľké vzdialenosti;

• obtiažnosť získania jednosmerného prúdu HV: na tento účel je potrebné usmerniť striedavý prúd vysokého napätia a potom ho v mieste príjmu premeniť na trojfázový striedavý prúd. Hlavná aplikácia je odvodená od trojfázových sietí striedavého prúdu. Pri veľkom počte jednofázových elektrických prijímačov sú jednofázové vetvy vyrobené z trojfázovej siete. Výhody trojfázového AC systému sú:

• použitie trojfázového systému na vytvorenie rotujúceho magnetického poľa umožňuje realizovať jednoduché elektromotory;

• v trojfázovom systéme je strata výkonu menšia ako v jednofázovom systéme. Dôkaz tohto tvrdenia je uvedený v tabuľke 1.

Tabuľka 1. Porovnanie trojfázového systému (trojvodičového) s jednofázovým (dvojvodičovým)

Ako je zrejmé z tabuľky (riadok 5 a 6), dP1= 2dP3 a dQ1= 2dQ3, t.j. výkonové straty v jednofázovej sústave pri rovnakom výkone S a napätí U sú dvakrát väčšie. Avšak v jednofázovom systéme sú dva drôty av trojfázovom systéme - tri.

Aby bola spotreba kovu rovnaká, je potrebné zmenšiť prierez vodičov trojfázového vedenia v porovnaní s jednofázovým vedením o 1,5 krát. Rovnaký počet krát bude väčší odpor, t.j. R3= 1,5R1... Dosadením tejto hodnoty vo výraze za dP3 dostaneme dP3 = (1,5S2/ U2) R1, t.j. straty činného výkonu v jednofázovom vedení sú 2 / 1,5 = 1,33 krát väčšie ako v trojfázovom.

Použitie DC

Jednosmerné siete sú vybudované na napájanie priemyselných podnikov (elektrolýzne dielne, elektrické pece a pod.), mestskej elektrickej dopravy (električky, trolejbusy, metro). Viac podrobností nájdete tu: Kde a ako sa používa DC

Elektrifikácia železničnej dopravy sa vykonáva na jednosmerný aj striedavý prúd.

Jednosmerný prúd sa tiež používa na prenos energie na veľké vzdialenosti, pretože použitie striedavého prúdu na tento účel je spojené s ťažkosťami so zabezpečením stabilnej paralelnej prevádzky generátorov elektrární. V tomto prípade však na jednosmerný prúd pracuje iba prenosové vedenie, na ktorého napájacom konci sa striedavý prúd mení na jednosmerný a na prijímacej strane sa jednosmerný prúd mení na striedavý.

Jednosmerný prúd sa môže použiť v prenosových sieťach so striedavým prúdom na organizáciu spojenia dvoch elektrických systémov vo forme jednosmerného prúdu - prenos konštantnej energie s nulovou dĺžkou, keď sú dva elektrické systémy navzájom spojené cez blok usmerňovača a transformátora. Zároveň frekvenčné odchýlky v každom z elektrických systémov prakticky neovplyvňujú prenášaný výkon.

V súčasnosti prebieha výskum a vývoj v oblasti prenosu energie pulzným prúdom, kde sa energia prenáša súčasne striedavým a jednosmerným prúdom cez spoločné elektrické vedenie. V tomto prípade je zámerom zaviesť na všetky tri fázy striedavého prenosového vedenia určité konštantné napätie vzhľadom na zem, vytvorené pomocou transformátorových inštalácií na koncoch prenosového vedenia.

Tento spôsob prenosu výkonu umožňuje lepšie využitie izolácie elektrického vedenia a zvyšuje jeho nosnosť v porovnaní s prenosom striedavého prúdu a tiež uľahčuje výber výkonu z elektrického vedenia v porovnaní s prenosom jednosmerného prúdu.

Podľa napätia

Podľa napätia sa elektrické siete delia na siete s napätím do 1 kV a nad 1 kV.

Každá elektrická sieť sa vyznačuje menovité napätie, ktorý zabezpečuje normálnu a najhospodárnejšiu prevádzku zariadenia.

Rozlišujte menovité napätie generátorov, transformátorov, sietí a elektrických prijímačov. Menovité napätie siete sa zhoduje s menovitým napätím spotrebiteľov energie a menovité napätie generátora je podľa podmienok kompenzácie strát napätia v sieti o 5% vyššie ako menovité napätie siete.

Menovité napätie transformátora je nastavené pre jeho primárne a sekundárne vinutie naprázdno. Vzhľadom na to, že primárne vinutie transformátora je prijímačom elektriny, pre zvyšovací transformátor sa jeho menovité napätie rovná menovitému napätiu generátora a pre znižovací transformátor - menovité napätie siete.

Napätie sekundárneho vinutia transformátora napájajúceho sieť pri zaťažení musí byť o 5 % vyššie ako menovité napätie siete. Pretože pri zaťažení dochádza k strate napätia v samotnom transformátore, menovité napätie (tj napätie naprázdno) sekundárneho vinutia transformátora je o 10 % vyššie ako menovité napätie siete.

V tabuľke 2 sú uvedené menovité medzifázové napätia trojfázových elektrických sietí s frekvenciou 50 Hz. Elektrické siete podľa napätia sa podmienečne delia na siete nízkeho (220 – 660 V), stredného (6 – 35 kV), vysokého (110 – 220 kV), ultravysokého (330 – 750 kV) a ultravysokého (1000 kV a vyššieho) napätia.

Tabuľka 2. Štandardné napätia, kV, podľa GOST 29322–92

V doprave a priemysle sa používajú tieto konštantné napätia: pre nadzemnú sieť na napájanie električiek a trolejbusov — 600 V, vozne metra — 825 V, pre elektrifikované železničné trate — 3300 a 1650 V, povrchové bane obsluhujú trolejbusy a el. lokomotívy napájané z kontaktných sietí 600, 825, 1650 a 3300 V, podzemná priemyselná doprava používa napätie 275 V. Siete oblúkových pecí majú napätie 75 V, elektrolýzy 220-850 V.

Podľa dizajnu a umiestnenia

Vzdušné a káblové siete, rozvody a drôty sa líšia v dizajne.

Podľa umiestnenia sa siete delia na externé a interné.

Vonkajšie siete sú realizované s holými (neizolovanými) vodičmi a káblami (podzemné, podvodné), vnútorné - s káblami, izolované a holé vodiče, zbernice.

Podľa charakteru spotreby

Podľa charakteru spotreby sa rozlišujú mestské, priemyselné, vidiecke, elektrifikované železničné trate, ropovody a plynovody a elektrické systémy.

Podľa dohody

Rozmanitosť a zložitosť elektrických sietí viedla k nedostatku jednotnej klasifikácie a používaniu rôznych pojmov pri klasifikácii sietí podľa účelu, úlohy a funkcií vykonávaných v schéme napájania.

NSEelektrické siete sa delia na chrbticové a distribučné siete.

Chrbtica sa nazýva elektrická sieť, ktorá združuje elektrárne a zabezpečuje ich fungovanie ako jedného riadiaceho objektu, pričom dodáva energiu z elektrární. Pobočka nazývaná elektrická sieť. zabezpečenie distribúcie elektriny zo zdroja energie.

V GOST 24291-90 sú elektrické siete rozdelené aj na chrbticové a distribučné siete.Okrem toho sa rozlišujú mestské, priemyselné a vidiecke siete.

Účelom distribučných sietí je ďalšia distribúcia elektriny z rozvodne chrbticovej siete (čiastočne aj z distribučných napäťových zberníc elektrární) do centrálnych bodov mestských, priemyselných a vidieckych sietí.

Prvý stupeň verejných distribučných sietí je 330 (220) kV, druhý - 110 kV, potom je elektrina distribuovaná prostredníctvom napájacej siete k jednotlivým spotrebiteľom.

Podľa funkcií, ktoré plnia, sa rozlišujú chrbtové, zásobovacie a distribučné siete.

Hlavné siete 330 kV a vyššie vykonávať funkcie vytvárania jednotných energetických systémov.

Napájacie siete sú určené na prenos elektriny z rozvodní diaľničnej siete a čiastočne 110 (220) kV autobusov elektrární do centrálnych bodov distribučných sietí – regionálnych rozvodní. Doručovacie siete zvyčajne zatvorené. Predtým bolo napätie týchto sietí 110 (220) kV, nedávno je napätie elektrických sietí spravidla 330 kV.

Distribučné siete sú určené na prenos elektriny na krátke vzdialenosti z nízkonapäťových autobusov okresných rozvodní k mestským priemyselným a vidieckym spotrebiteľom. Takéto distribučné siete sú zvyčajne otvorené alebo fungujú v otvorenom režime. Predtým sa takéto siete vykonávali pri napätí 35 kV a nižšom a teraz - 110 (220) kV.

Elektrické siete sa ďalej členia na miestne a regionálne a okrem toho aj na dodávateľské a distribučné siete. Miestne siete zahŕňajú 35 kV a nižšie a regionálne siete — 110 kV a vyššie.

Stravovanie je vedenie prechádzajúce z centrálneho bodu do distribučného bodu alebo priamo do rozvodní bez distribúcie elektriny po jeho dĺžke.

Pobočka volá sa vedenie, ku ktorému je po dĺžke pripojených niekoľko trafostaníc alebo vstup do spotrebnej elektroinštalácie.

Podľa účelu v schéme napájania sa siete delia aj na miestne a regionálne.

K miestnym obyvateľom zahŕňajú siete s nízkou hustotou zaťaženia a napätím do 35 kV vrátane. Ide o mestské, priemyselné a vidiecke siete. K lokálnym sieťam patria aj krátke hĺbkové vývodky 110 kV.

Okresné elektrické siete pokrývajú veľké plochy a majú napätie 110 kV a vyššie. Prostredníctvom regionálnych sietí sa elektrina prenáša z elektrární na miesta spotreby a tiež sa distribuuje medzi regionálne a veľké priemyselné a dopravné rozvodne, ktoré napájajú miestne siete.

Regionálne siete zahŕňajú hlavné siete elektrických systémov, hlavné prenosové vedenia pre vnútrosystémovú a medzisystémovú komunikáciu.

Jadrové siete zabezpečujú komunikáciu medzi elektrárňami a regionálnymi spotrebiteľskými centrami (regionálnymi rozvodňami). Vykonávajú sa podľa zložitých viacokruhových schém.

Kmeňové elektrické vedenie vnútrosystémová komunikácia zabezpečuje komunikáciu medzi samostatne umiestnenými elektrárňami s hlavnou sieťou elektrizačnej sústavy, ako aj komunikáciu vzdialených veľkých užívateľov s centrálnymi bodmi. Zvyčajne ide o nadzemné vedenie 110-330 kV a väčšie s dlhou dĺžkou.

Podľa svojej úlohy v schéme napájania sa napájacie siete, distribučné siete a hlavné siete energetických systémov líšia.

Výživný sa nazývajú siete, cez ktoré sa energia dodáva do rozvodne a RP, distribúcia — siete, ku ktorým sú priamo pripojené elektrické alebo trafostanice (zvyčajne ide o siete do 10 kV, ale často rozvetvené siete s vyšším napätím označujú aj rozvodné siete, ak je k nim pripojený veľký počet prijímacích staníc). Do hlavných sietí zahŕňajú siete s najvyšším napätím, na ktorých sú vytvorené najvýkonnejšie spojenia v elektrickom systéme.