Что является электрической сетью
Перейти к содержимому

Что является электрической сетью

  • автор:

1. Общая характеристика электрических сетей

Электрическая сеть – совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии, включающая в себя подстанции, распределительные пункты, воздушные и кабельные линии электропередачи, токопроводы.

Линия электропередачи – электроустановка, предназначенная для передачи электроэнергии на расстояние. Она включает в себя кабели или провода, соединительную арматуру, а также другие устройства, например, опоры и изоляторы.

Подстанция – электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей электроэнергии, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений.

Распределительное устройство – электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины (токоведущие части) и другие устройства.

Распределительный пункт – это распределительное устройство, не входящее в состав подстанции и предназначенное для приема и распределения электроэнергии без ее преобразования.

Назначения электрических сетей:

Передача электроэнергии на большие расстояния;

Электроснабжение потребителей, под которым понимается распределение электроэнергии между потребителями, сопровождающееся ее передачей на сравнительно небольшие расстояния;

Создание системообразующих связей, то есть объединение электростанций на параллельную работу.

Объединение электростанций на параллельную работу дает следующие преимущества:

Более высокую надежность электроснабжения;

Использование несовмещения максимумов нагрузки;

Меньшие резервы мощности из-за возможности передачи электроэнергии из одной энергосистемы в другую;

Более рациональное использование первичных источников энергии;

Возможность использования более крупных агрегатов, имеющих более высокий коэффициент полезного действия.

Электрические сети являются частью энергосистемы.

Энергосистема – совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, а также потребителей электроэнергии и тепла, связанных общностью режима в непрерывности процессов производства, преобразования, передачи, распределения и потребления электрической и тепловой энергии при общем управлении этими режимами.

Электрическая часть энергосистемы называется электроэнергетической системой.

Взаимосвязь электрических сетей, энергосистемы и электроэнергетической системы показана на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Структура энергосистемы

1.2. Классификация электрических сетей

Электрические сети классифицируются по роду тока, по функциональному назначению, по номинальному напряжению и по конфигурации.

По роду тока сети подразделяются на сети переменного и постоянного тока.

По функциональному назначению сети подразделяются на системообразующие, питающие и распределительные.

Системообразующими называются сети, предназначенные для объединения электростанций и энергосистем на параллельную работу.

Питающие – сети, в которых электроэнергия передается от подстанций системообразующей сети или от шин 110-220 кВ крупных электростанций к центрам питания распределительных сетей на большие расстояния.

Распределительными называются сети, предназначенные для распределения электроэнергии между электроприемниками. К ним относятся городские и сельские электрические сети, а также сети промышленных предприятий. Центры питания таких сетей, как правило, расположены на небольшом расстоянии от большого количества электроприемников.

Классификация электрических сетей по номинальному напряжению. Для сетей переменного тока существует стандартный ряд номинальных напряжений: 220/127 В ; 380/220 В ; 660/380 В; 3 кВ; 6 кВ; 10 кВ; 20 кВ; 35 кВ; 110 кВ; 150 кВ; 220 кВ; 330 кВ; 500 кВ; 750 кВ; 1150 кВ. У напряжений до 1000 В в числителе указано линейное, а в знаменателе – фазное напряжение. Выше 1000 В указывается только линейное напряжение.

Системы напряжений 220/127 В, 3 кВ и 150 кВ при проектировании на перспективу не используются. Система 380/220 В применяется для питания большинства промышленных и бытовых потребителей. Напряжение 660/380 В используется в промышленности и при разработке полезных ископаемых.

Классы напряжений 6 и 10 кВ применяются для распределения электроэнергии на промышленных предприятиях, а также в сельскохозяйственных и городских сетях. При этом преимущество отдается напряжению 10 кВ; 6 кВ используется только при наличии большого количества шестикиловольтных электроприемников. Напряжение 20 кВ используется в Латвийской энергосистеме.

35, 110 и 220 кВ – напряжения питающих сетей. При этом 35 кВ используется значительно реже, чем 110 и 220 кВ. Напряжения 330, 500, 750 и 1150 кВ используются для создания системообразующих сетей и для передачи электроэнергии на большие расстояния. Напряжения 330, 500 и 750 кВ применяются также для выдачи мощности на крупных электростанциях.

В зависимости от номинального напряжения все сети подразделяются на сети низкого напряжения (до 1000 В), сети высокого напряжения (от 1000 В до 220 кВ включительно) и сети сверхвысокого напряжения (330 кВ и выше).

По конфигурации электрические сети подразделяются на замкнутые и разомкнутые. Примеры сетей различной конфигурации показаны на рис. 1.2.

Разомкнутой называется сеть, которая не содержит замкнутых контуров (за исключением контуров, образуемых разными фазами, а также фазой и нулем). В таких сетях потребители могут получать питание только с одной стороны.

Замкнутой называется сеть, содержащая хотя бы один контур. При этом часть потребителей получает питание с 2-х и более сторон. Эти сети в свою очередь подразделяются на простые замкнутые, которые содержат только один контур, и сложнозамкнутые, содержащие два и более контура.

Электрические сети.

Электрическая сеть представляет собой совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории [20, 36].

Распределительные устройства служат для приема и распределения электроэнергии и содержат коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства, измерительные приборы, а также устройства зашиты и автоматики. Распределительные устройства бывают открытыми (ОРУ) и закрытыми (ЗРУ).

Подстанция представляет собой электроустановку, которая служит для преобразования и распределения электроэнергии и состоит из трансформаторов, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений.

Распределительный пункт — это распределительное устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении (без трансформации), не входящее в состав подстанции.

Электрические сети состоят из передающих элементов — линий электропередачи и преобразующих элементов, силовых трансформаторов и дополнительных устройств, обеспечивающих защиту и регулирование режимов электрических сетей.

Силовые трансформаторы изменяют параметры передаваемой электроэнергии: величины токов и напряжений. На подстанциях, кроме трансформаторов, устанавливают различные коммутационные аппараты (выключатели, разъединители, выключатели нагрузки и др.) для включения и отключения электрооборудования в сети. На рисунке 1.5 показана схема электрической сети [26].

Таким образом, электрические сети со всеми входящими в ее состав устройствами необходимы для передачи электроэнергии от электростанций и распределения ее между потребителями. При этом электроэнергия может передаваться на большие расстояния, многократно преобразовываться и изменяться количественно и качественно.

Значительную роль в электрических сетях играет режим нейтрали. Нейтрали трансформаторов трехфазной сети, представляющие собой общую точку соединенных в звезду обмоток, могут быть либо заземлены непосредственно (режим глухозаземленной нейтрали), либо через индуктивное (режим компенсированной нейтрали) или активное сопротивление (режим резистивно-заземленной нейтрали), или изолированы от земли (режим изолированной нейтрали).

На рисунке 1.6 показана электрическая сеть с изолированной нейтралью трансформатора. Этот режим достаточно широко применяется в России. При таком способе заземления нейтральная точка трансформатора не присоединена к контуру заземления.

При глухом заземлении нейтрали (это сети напряжением 0,4 кВ, а также сети 110 кВ и выше) любое замыкание фазы на землю является коротким замыканием (КЗ) и отключается релейной защитой.

Схема электрической сети

Рис. 1.5. Схема электрической сети:

1УР — 6УР — уровни системы электроснабжения; ГРУ — главное распределительное устройство; РП — распределительный пункт; ЗРУ — закрытое распределительное устройство; ЦРП — центральный распределительный пункт; АТ — автотрансформатор; Л — линии; Т — трансформаторы; ГПП — главная понизительная подстанция; М — магистраль; ШРА — шинопровод распределительный; G — генератор; на первом уровне 1УР в качестве отдельных электроприемников показаны осветительная нагрузка, выпрямительное устройство, двигатель (М), нагревательное устройство, батарея конденсаторов

Схема электрической сети трехфазного тока с изолированной нейтралью (а); та же сеть при замыкании фазы А

Рис. 1.6. Схема электрической сети трехфазного тока с изолированной нейтралью (а); та же сеть при замыкании фазы А

г. — активное сопротивление цепи; х(. — емкостное сопротивление цепи; стрелками показано направление тока замыкания на землю

При изолированной, компенсированной или заземленной через активное сопротивление нейтрали (это сети напряжением 6, 10, 20, 35 кВ) замыкание фазы на землю не является коротким замыканием и, согласно ПУЭ, в таком случае возможна работа сети в течение пяти суток по шесть часов в сутки до отыскания места замыкания. Режим нейтрали сети напрямую связан с надежностью электроснабжения и безопасностью персонала.

Линии высокого напряжения (ВН) предназначены для передачи электрической энергии в больших количествах и на большие расстояния. Линии низкого напряжения (НН) служат для распределения электроэнергии между потребителями.

Существуют требования, которые предъявляются к электрическим сетям. Они заключаются в следующем:

  • 1) надежном электроснабжении потребителей;
  • 2) обеспечении качественной электроэнергией;
  • 3) экономичном сооружении сети и ее рациональной эксплуатации;
  • 4) обеспечении безопасности персонала;
  • 5) возможности дальнейшего развития сети.

Основными параметрами, определяющими конструктивное выполнение и построение электрической сети, являются:

  • • для линий электропередачи — номинальное напряжение, направление тока (откуда и куда), протяженность, число цепей, сечение провода;
  • • для подстанций — сочетание номинальных напряжений, число и мощность трансформаторов, схема присоединения к сети и компенсация реактивной мощности.

В сети имеются электроприемники, представляющие собой устройства, которые преобразуют электроэнергию в другие виды энергии: тепловую (электротермические установки), световую (осветительные устройства), механическую (электродвигатели) и т.п. Отдельный электроприемник или их группа, объединенная, например, по технологическому принципу, называется потребителем электроэнергии, в качестве которого могут быть предприятие, цех, дом, поселок, электродвигатель и т.д.

Электрические сети классифицируют по различным признакам. В большинстве случаев принято проводить классификацию по назначению (области применения), масштабным признакам (размерам сети) и по роду тока.

По назначению электрические сети бывают следующие:

  • 1) общего назначения (электроснабжение промышленных, сельскохозяйственных, транспортных и бытовых потребителей);
  • 2) автономные (электроснабжение автономных и мобильных объектов: космических аппаратов, автономных станций, транспортных средств, судов, самолетов, роботов и др.);
  • 3) технологических объектов (электроснабжение производственных и других инженерных сетей);
  • 4) контактные (специальные, для передачи электроэнергии на движущиеся вдоль сети транспортные средства: локомотив, метро, трамвай, троллейбус).

По масштабным признакам сети делятся:

  • • на магистральные, связывающие отдельные регионы, страны и их крупнейшие источники и центры потребления; характеризуются высоким и сверхвысоким напряжением и большими потоками мощности (до ГВт);
  • • региональные, масштаба региона (в России — уровня субъектов Федерации); питание от магистральных сетей и собственных источников, обслуживают крупных потребителей (район, город, предприятие, месторождение, транспортный терминал); характеризуются высоким и средним уровнем напряжения и большими потоками мощности (сотни МВт, ГВт);
  • • районные, распределительные; питаются от региональных сетей; собственных источников обычно не имеют, обслуживают средних и мелких потребителей (внутриквартальные и поселковые сети, предприятия, небольшие месторождения, транспортные узлы); характеризуются средним и низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (МВт);
  • • внутренние, распределяют электроэнергию на небольшом пространстве (в рамках города, села, квартала, завода); часто имеют одну или две точки питания от внешней сети; иногда имеют собственный резервный источник питания; характеризуются низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (сотни кВт, МВт);
  • • электропроводки, сети самого нижнего уровня (отдельные здания, цехи, помещения); часто рассматриваются совместно с внутренними сетями; характеризуются низким уровнем напряжения и маленькими потоками мощности (десятки и сотни кВт).

По роду используемого тока различают следующие сети, использующие:

  • 1) переменный трехфазный ток (большинство сетей высших, средних и низких классов напряжений, магистральные, региональные и распределительные сети); переменный электрический ток передается по трем проводам, фаза переменного тока в каждом из них смещена относительно других на 120°. Каждый провод при этом называется фазой, а переменный ток в проводе называется фазным; каждая фаза имеет определенное напряжение относительно земли, которая выступает в роли четвертого проводника;
  • 2) переменный однофазный ток (большинство сетей бытовой электропроводки, оконечных сетей потребителей; переменный ток передается к потребителю от распределительного щита или подстанции по двум проводам (фаза-нуль); потенциал «нуля» совпадает с потенциалом земли, однако конструктивно «нуль» отличается от провода заземления;
  • 3) постоянный ток (большинство контактных сетей, некоторые автономные сети, а также ряд специальных сетей сверхвысокого и ультравысокого напряжения, имеющих пока ограниченное распространение); сети постоянного тока сооружаются для питания промышленных предприятий (электрические печи, электролизные цехи и т.д.).

По напряжению электрические сети делятся:

  • • на сети напряжением до 1 кВ;
  • • сети напряжением выше 1 кВ.

Кроме того, по величине номинального напряжения электрические сети условно делят на сети:

  • 1) низкого напряжения — до 1 кВ;
  • 2) среднего напряжения — 3. 35 кВ;
  • 3) высокого напряжения — 110. 220 кВ;
  • 4) сверхвысокого напряжения — 330. 750 кВ;
  • 4) ультравысокого напряжения — выше 1000 кВ.

Необходимо различать номинальные напряжения генераторов, трансформаторов, сетей и электроприемников. Так, номинальное напряжение сети совпадает с номинальным напряжением электроприемников, а номинальное напряжение генератора, по условиям компенсации потерь напряжения в сети, принимается на 5% выше номинального напряжения сети.

Номинальное напряжение силового трансформатора устанавливается для первичной и вторичной его обмоток при холостом ходе. Это связано с тем, что первичная обмотка трансформатора является приемником электроэнергии, для повышающего трансформатора ее номинальное напряжение принимается равным номинальному напряжению генератора, а для понижающего трансформатора — номинальному напряжению сети. Кроме того, напряжение вторичной обмотки силового трансформатора, питающей сеть, при нагрузке должно быть на 5% выше номинального напряжения сети. Так как при нагрузке происходит потеря напряжения в самом трансформаторе, то номинальное напряжение (т.е. напряжение холостого хода) его вторичной обмотки принимается на 10% выше номинального напряжения сети [20].

По конструктивному исполнению электрические сети подразделяют:

  • • на воздушные;
  • • кабельные;
  • • проводки внутри зданий и сооружений;
  • • токопроводы промышленных предприятий.

Передача электроэнергии осуществляется воздушными и кабельными линиями. Воздушные линии выполняют неизолированными и изолированными защитными и самонесущими проводами (СИП). Широкое применение получили сталеалюминевые провода марки АС, сердечник которых выполнен из стальных проволок, а токопроводящая часть — из алюминия. Подвеска проводов и грозозащитных тросов воздушных линий осуществляется с помощью опор, которые подразделяются на деревянные, железобетонные, металлические. Наибольшее распространение имеют железобетонные опоры. Изоляторы (стеклянные, фарфоровые, полимерные) необходимы для крепления проводов к опорам и создания требуемого промежутка между проводами, находящимися под напряжением, и опорой [28].

Кабельные линии состоят из одного или нескольких параллельных кабелей (с соединительными, стопорными и концевыми муфтами) и крепежных деталей. Кабельные линии дороже воздушных линий, но в отличие от воздушных они не подвержены атмосферным воздействиям. Кабель выполняют из одной или нескольких токопроводящих жил (медных или алюминиевых), заключенных в герметичную оболочку, поверх которой при необходимости накладывают защитные покровы. Кабельные линии прокладывают в земле, блоках, каналах, туннелях, галереях и эстакадах.

К параметрами воздушных и кабельных линий относятся сопротивления (активные, индуктивные) и проводимость (емкостная у кабельных и воздушных линий, активная у воздушных линий).

По схеме соединений электрические сети делят на замкнутые и разомкнутые. Замкнутые сети представляют собой замкнутый контур с одним или несколькими источниками питания. Эти сети образуются линиями электропередачи и силовыми трансформаторами.

Разомкнутые сети представляют собой разомкнутый контур с одним или несколькими источниками питания. Разомкнутые сети бывают радиальными, магистральными и радиально-магистральными (смешанными). Магистралью называют линию с промежуточными отборами мощностей вдоль линии. Радиальные линии исходят из одной точки сети, соединяют непосредственно приемник с источником электроэнергии (см. рис. 1.7).

По выполняемым функциям электрические сети подразделяют на системообразующие, питающие и распределительные.

Системообразующие электрические сети (напряжением 330—1150 кВ) формируют объединенные энергосистемы, т.е. объединяют мощные электростанции и обеспечивают их работу как единого объекта. Эти сети осуществляют системные связи, т.е. связи большой длины между энергосистемами. Режимом их работы управляет диспетчер объединенного диспетчерского управления, в которое входят несколько районных энергосистем.

Питающие сети передают электроэнергию от подстанций системообразующей сети и шин напряжением 110—220 кВ электростанций к районным подстанциям. Как правило, питающие сети являются замкнутыми, напряжение их составляет 330—500 кВ.

Распределительные сети предназначены для передачи электроэнергии на небольшие расстояния от шин низшего напряжения районных подстанций к промышленным, городским, сельским потребителям. Обычно они работают в разомкнутом режиме и делятся на сети напряжением до и выше 1 кВ.

По месту расположения и характеру потребителей электрические сети делят:

  • 1) на промышленные;
  • 2) городские;
  • 3) сельские;
  • 4) сети электрифицированных железных дорог;
  • 5) сети магистральных нефте- и газопроводов.

Преимущественное распространение в распределительных сетях

имеет напряжение 10 кВ. Напряжение 6 кВ в этих сетях применяется реже.

Городские сети отличаются большим количеством разнородных потребителей, которые размешены на ограниченной площади. Для этих сетей требуется высокая надежность электроснабжения, так как от городских сетей получают питание промышленные предприятия, электрифицированный транспорт и другие ответственные потребители электроэнергии.

На рисунке 1.7 приведен фрагмент схемы питания административного здания. От однотрансформаторной подстанции ТП по питающей линии 1, защищенной плавкими предохранителями, через вводно-распределительное устройство (ВРУ) осуществляется электроснабжение общественного здания.

Принципиальная схема электроснабжения общественного здания

Рис. 1.7. Принципиальная схема электроснабжения общественного здания:

1 — питающая линия к ВРУ; 2 — питающие линии к РП; 3 — РП силовых электроприемников; 2,4,6— радиальные линии; 5 — групповые щитки рабочего освещения; 7— щиток эвакуационного освещения; ТП — трансформаторная подстанция; ВРУ — вводно-распределительное устройство

В настоящее время осуществляется перевод городских электрических сетей с напряжения 10 кВ на напряжение 20 кВ с целью уменьшения потерь электроэнергии в этих сетях. Для электроснабжения крупных городов и промышленных предприятий (металлургических, нефтеперерабатывающих, химических и др.) используется напряжение 110 кВ и выше (глубокий ввод), строятся подстанции с первичным напряжением 110—500 кВ.

Сети сельскохозяйственного назначения выполняют в основном на напряжении 0,4—110 кВ. Они предназначены для электроснабжения сельскохозяйственных предприятий, совхозов, небольших населенных пунктов и др. От них могут питаться также малые и средние промышленные предприятия. Для этих сетей характерна большая протяженность и малая плотность нагрузки.

Промышленные сети могут получать питание от энергосистемы, собственной ТЭЦ и от других источников, поэтому диапазон используемых напряжений здесь велик. Схемы электроснабжения промышленных предприятий принято делить на схемы внешнего и внутреннего электроснабжения. Крупные промышленные предприятия могут иметь несколько главных понизительных подстанций на разные системы напряжений; распределительные же сети промышленных предприятий выполняют обычно на напряжении 10 кВ.

Электрические сети железных дорог отличаются высокими требованиями к надежности электроснабжения, большой протяженностью и равномерным расположением тяговых подстанций. Эти сети делятся на тяговые и внешние. Первые выполняют на переменном токе частотой 50 Гц и напряжением 25 кВ или на постоянном токе напряжением 3,3 кВ. Схемы внешнего питания тяговых подстанций выполняют по линиям электропередачи напряжением 110—220 кВ.

К электрическим сетям магистральных нефте- и газопроводов, так же как и к сетям железных дорог, предъявляют высокие требования к выполнению систем электроснабжения. Сети отличаются протяженностью, равномерным расположением нефтеперекачивающих и компрессорных станций газопроводов. Схемы внешнего питания выполняют, как правило, на напряжении 110—330 кВ, они должны обеспечивать потребителей всех категорий. При этом необходимо учитывать температурные условия работы станций.

Основным назначением электрических сетей является электроснабжение потребителей. Электрические сети служат для присоединения электроприемников (потребителей) к источникам питания, что является достаточно сложной задачей в связи с большим количеством электроприемников и значительной территорией, на которой они расположены.

Кроме того, назначением электрических сетей является передача электроэнергии от места ее производства к месту потребления. Часто передавать электроэнергию необходимо на большие расстояния, причем делать это можно различными способами: перевозить топливо по железным дорогам или передавать его, например, по газопроводам и нефтепроводам. Таким образом, электрическая сеть является одним из возможных путей передачи электроэнергии.

Крупным источником электроэнергии являются электростанции, на которых электроэнергия вырабатывается генераторами переменного тока. От генераторов электроэнергия поступает на силовые трансформаторы, повышающие напряжение для последующей передачи электроэнергии по воздушным линиям электропередачи потребителям. Это повышение напряжения необходимо для того, чтобы уменьшить потери электроэнергии при ее передаче.

Известно, что передаваемая мощность пропорциональна произведению тока на напряжение. Следовательно, при передаче постоянной по величине мощности при увеличении в сети напряжения ток уменьшается. А так как потери активной мощности в сети пропорциональны квадрату тока, то, следовательно, ее потери также уменьшаются.

Электрические сети могут иметь сложную структуру, зависящую от территориального расположения потребителей, источников, требований надежности и других показателей. Обычно в сети выделяют линии электропередачи, которые соединяют подстанции; эти линии могут быть одинарными и двойными (двухцепными), иметь ответвления (отпайки). Как правило, к подстанциям подходит несколько линий. Внутри подстанции происходит преобразование напряжения и распределение потоков электроэнергии между подходящими линиями. Для соединения линий и электрооборудования внутри подстанций используются коммутационные аппараты (выключатели, разъединители и др.).

Для наглядного представления структуры электрической сети используются так называемые однолинейные схемы, в которых три фазы сети представляются в виде одной линии. На такой схеме показывают, кроме линий, шин, секционированных высоковольтными или автоматическими выключателями (автоматами), силовые трансформаторы, коммутационные аппараты (высоковольтные выключатели, автоматы, выключатели нагрузки), а также устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики. Электрические сети являются основой для создания более крупных электрических систем.

Электрическая сеть

Электрическая сеть — совокупность электроустановок предназначенных для передачи и распределения электроэнергии от электростанции к потребителю. ГОСТ 24291-90 даёт следующее определение электрической сети [1] :

Электрическая сеть — совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии.

Содержание

Классификация электрических сетей

Электрические сети принято классифицировать по назначению (области применения), масштабным признакам, и по роду тока.

  1. Назначение, область применения
    • Сети общего назначения: электроснабжение бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и транспортных потребителей.
    • Сети автономного электроснабжения: электроснабжение мобильных и автономных объектов (транспортные средства, суда, самолёты, космические аппараты, автономные станции, роботы и т. п.)
    • Сети технологических объектов: электроснабжение производственных объектов и других инженерных сетей.
    • Контактная сеть: специальная сеть, служащая для передачи электроэнергии на движущиеся вдоль неё транспортные средства (локомотив, трамвай, троллейбус, метро).
  2. Масштабные признаки, размеры сети
    • Магистральные сети: сети, связывающие отдельные регионы, страны и их крупнейшие источники и центры потребления. Характерны сверхвысоким и высоким уровнем напряжения и большими потоками мощности (гигаватты).
    • Региональные сети: сети масштаба региона (в России — уровня субъектов Федерации). Имеют питание от магистральных сетей и собственных региональных источников питания, обслуживают крупных потребителей (город, район, предприятие, месторождение, транспортный терминал). Характерны высоким и средним уровнем напряжения и большими потоками мощности (сотни мегаватт, гигаватты).
    • Районные сети, распределительные сети. Имеют питание от региональных сетей. Обычно не имеют собственных источников питания, обслуживают средних и мелких потребителей (внутриквартальные и поселковые сети, предприятия, небольшие месторождения, транспортные узлы). Характерны средним и низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (мегаватты).
    • Внутренние сети: распределяют электроэнергию на небольшом пространстве — в рамках района города, села, квартала, завода. Зачастую имеют всего 1 или 2 точки питания от внешней сети. При этом иногда имеют собственный резервный источник питания. Характерны низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (сотни киловатт, мегаватты).
    • Электропроводка: сети самого нижнего уровня — отдельного здания, цеха, помещения. Зачастую рассматриваются совместно с внутренними сетями. Характерны низким и бытовым уровнем напряжения и маленькими потоками мощности (десятки и сотни киловатт).
  3. Род тока
    • Переменный трёхфазный ток: большинство сетей высших, средних и низких классов напряжений, магистральные, региональные и распределительные сети. Переменный электрический ток передаётся по трём проводам таким образом, что фаза переменного тока в каждом из них смещена относительно других на 120°. Каждый провод и переменный ток в нём называются «фазой». Каждая «фаза» имеет определённое напряжение относительно земли, которая выступает в роли четвёртого проводника.
    • Переменный однофазный ток: большинство сетей бытовой электропроводки, оконечных сетей потребителей. Переменный ток передаётся к потребителю от распределительного щита или подстанции по двум проводам (т. н. «фаза» и «ноль»). Потенциал «нуля» совпадает с потенциалом земли, однако конструктивно «ноль» отличается от провода заземления.
    • Постоянный ток: большинство контактных сетей, некоторые сети автономного электроснабжения, а также ряд специальных сетей сверхвысокого и ультравысокого напряжения, имеющих пока ограниченное распространение.

Принципы работы

Электрические сети осуществляют передачу, распределение и преобразование электроэнергии в соответствии с возможностями источников и требованиями потребителей.

Переменный ток

Большинство крупных источников электроэнергии — электростанции — построено с использованием генераторов переменного тока. Кроме того, амплитудное напряжение переменного тока может быть легко изменено при помощи трансформаторов, что позволяет повышать и понижать напряжение в широких пределах. Основные потребители электроэнергии также ориентированы на непосредственное использование переменного тока. Мировым стандартом генерации, передачи и преобразования электроэнергии является использование переменного трёхфазного тока. В России и европейских странах промышленная частота тока равна 50 герц, в США, Японии и ряде других стран — 60 герц.

Переменный однофазный ток используется многими бытовыми потребителями и получается из переменного трёхфазного тока путём объединения потребителей в группы по фазам. При этом каждой группе потребителей выделяется одна из трёх фаз, а второй провод («ноль»), используемый при передаче однофазного тока, является общим для всех групп и в своей начальной точке заземляется.

Классы напряжения

При передаче большой электрической мощности при низком напряжении возникают большие омические потери из-за больших значений протекающего тока. Формула δS = I²R описывает потерю мощности в зависимости от сопротивления линии и протекающего тока. Для снижения потерь уменьшают протекающий ток: при снижении тока в 2 раза омические потери снижаются в 4 раза. Согласно формуле полной электрической мощности S = I×U, для передачи такой же мощности при пониженном токе необходимо во столько же раз повысить напряжение. Таким образом, большие мощности целесообразно передавать при высоком напряжении. Однако строительство высоковольтных сетей сопряжено с рядом технических трудностей; кроме того, непосредственно потреблять электроэнергию с высоким напряжением крайне проблематично для конечных потребителей.

В связи с этим сети разбивают на участки с разным классом напряжения (уровнем напряжения). Трёхфазные сети, передающие большие мощности, имеют следующие классы напряжения: от 750 кВ и выше (1150 кВ, 1500 кВ) — Ультравысокий, 750 кВ, 500 кВ, 330 кВ — сверхвысокий, 220 кВ, 110 кВ — ВН, высокое напряжение, 35 кВ — СН-1, среднее первое напряжение, 20 кВ, 10 кВ, 6 кВ, 1 кВ — СН-2, среднее второе напряжение, 0,4 кВ, 220 В, 110 В и ниже — НН, низкое напряжение.

Преобразование напряжения

Преобразование напряжения

Как правило, генераторы источника и потребители работают с низким номинальным напряжением. Потери энергии в линиях обратно пропорциональны квадрату напряжения, поэтому для снижения потерь электроэнергию выгодно передавать на высоких напряжениях. Для этого на выходе от генератора его повышают, а на входе потребителя его понижают при помощи трансформаторов.

Структура сети

Электрическая сеть может иметь очень сложную структуру, обусловленную территориальным расположением потребителей, источников, требованиями надёжности и другими соображениями. В сети выделяют линии электропередачи, которые соединяют подстанции. Линии могут быть одинарными и двойными (двухцепными), иметь ответвления (отпайки). К подстанциям, как правило, подходит несколько линий. Внутри подстанции происходит преобразование напряжения и распределение потоков электроэнергии между подходящими линиями. Для соединения линий и оборудования внутри подстанций используются электрические коммутаторы (англ.  Commutator (electric) ) различных типов.

Для наглядного представления структуры сети используется специальное начертание схемы сети, однолинейная схема, представляющая три провода трёх фаз в виде одной линии. На схеме отображаются линии, секции и системы шин, коммутаторы, трансформаторы, устройства защиты.

Структура сети электроснабжения может динамически изменяться путём переключения коммутаторов. Это необходимо для отключения аварийных участков сети, для временного отключения участков при ремонте. Структура сети также может быть изменена для оптимизации электрического режима сети.

Основные компоненты сети

Сеть электроснабжения характерна тем, что связывает территориально удалённые пункты источников и потребителей . Это осуществляется при помощи линии электропередачи — специальных инженерных сооружений, состоящих из проводников электрического тока (провод — неизолированный проводник, или кабель — изолированный проводник), сооружений для размещения и прокладки (опоры, эстакады, каналы), средств изоляции (подвесные и опорные изоляторы) и защиты (грозозащитные тросы, разрядники, заземление).

Определение электрическая сеть

Определение электрическая сеть

Электрическая сеть представляет собой систему специализированного взаимосвязанного оборудования, с помощью которого осуществляется распределение электроэнергии от источников (в основном промышленных электростанций) до конечных потребителей.

В ее составе предусмотрены также подстанции, распределительные устройства, и соединяющие их линии электропередач.

Электрические сети могут различаться:

1. По назначению электроснабжения:

– общие (обеспечение электроэнергией промышленных, транспортных, сельскохозяйственных и бытовых потребителей);

– автономные (используются в автономных объектах – начиная от простого автомобиля и заканчивая космической техникой);

– контактные (для передачи электроэнергии на подвижный состав: трамваи, троллейбусы, локомотивы, метро);

2. По сфере обслуживания:

3. По форме и виду используемого тока:

– переменный одно- или трехфазовый;

Источники электроэнергии (в большинстве случаев это электростанции), используют для преобразования самых разнообразных источников энергии в электричество генераторы переменного тока. Это позволяет широко применять трансформаторы, которые преобразовывают напряжение в самых широких диапазонах.

Сегодня в качестве мирового стандарта принято использование трехфазного переменного тока напряжением 380 В, который в постсоветских и европейских странах представлен промышленной частотой 50 герц. В Соединенных Штатах, Японии и еще ряде стран принят иной стандарт – 60 герц. Широко используемый в бытовых приборах однофазный ток в 220 В получается за счет использования только одной из трех фаз.

Передача электричества на достаточно большие расстояния ведет к определенным потерям за счет внутреннего сопротивления проводников. Причем здесь прямая зависимость, в соответствии с законом Ома, от силы тока. Для снижения потерь приходиться использовать повышенное напряжение.

В свою очередь создание высоковольтных линий электропередач также сопряжено с определенными проблемами (в частности с обустройством электрических изоляторов), да и доставка электроэнергии в таком виде до конечного потребителя далеко не всегда является оптимальным вариантом.

Впрочем, преобразование напряжения в «удобоваримый для потребителя вид» легко решается с помощью традиционных трансформаторов, расположенных на соответствующих подстанциях.

Структура электрической сети может быть достаточно сложной. В ее составе могут находиться как источники, так и потребители, которые могут быть расположены на достаточной удаленности друг от друга. Кроме того, возможны и дополнительные требования к надежности и защищенности.

Как правило, в структуре электрических сетей отдельно выделяются линии, соединяющиеся посредством подстанций. Последние представляют собой электроустановки для приема сразу по нескольким линиям электроэнергии, с дальнейшем ее распределением в доступном для конкретного потребителя виде.

Оперативное соединение предполагает также широкое использование различных конструкций электрических (в том числе и дистанционно управляемых) коммутаторов, других распределительных и вспомогательных силовых устройств.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *