Clasificarea rețelelor electrice

Rețelele electrice sunt clasificate în funcție de o serie de indicatori care caracterizează atât rețeaua în ansamblu, cât și liniile individuale de transport (PTL).

Prin natura curentului

Rețelele AC și DC se disting prin curent.

AC trifazat 50 Hz are mai multe avantaje față de DC:

• capacitatea de a se transforma de la o tensiune la alta într-o gamă largă;

• capacitatea de a transmite puteri mari pe distanțe mari, ceea ce se realizează. Acest lucru se realizează prin transformarea tensiunii generatoarelor la o tensiune mai mare pentru transmiterea energiei electrice de-a lungul liniei și convertirea tensiunii înalte înapoi la o tensiune joasă la punctul de recepție. In aceasta metoda de transmitere a puterii, pierderile in linie sunt reduse deoarece depind de curentul din linie, iar curentul pentru aceeasi putere este mai mic, cu cat tensiunea este mai mare;

• cu curent alternativ trifazat, construcția motoarelor electrice asincrone este simplă și fiabilă (fără colector). Construcția unui alternator sincron este, de asemenea, mai simplă decât un generator de curent continuu (fără colector etc.);

Dezavantajele AC sunt:

• nevoia de a genera putere reactivă, care este necesară în principal pentru a crea câmpuri magnetice ale transformatoarelor și motoarelor electrice. Combustibilul (în TPP) și apa (în HPP) nu sunt consumate pentru a genera energie reactivă, dar curentul reactiv (curent de magnetizare) care circulă prin liniile și înfășurările transformatoarelor este inutil (în sensul folosirii liniilor pentru transmiterea energiei active) le supraîncărcă, provoacă pierderi de putere activă în ele și limitează puterea activă transmisă. Raportul dintre puterea reactivă și puterea activă caracterizează factorul de putere al instalației (cu cât factorul de putere este mai mic, cu atât rețelele electrice sunt mai proaste utilizate);

• băncile de condensatoare sau compensatoarele sincrone sunt adesea folosite pentru a crește factorul de putere, ceea ce face ca instalațiile de curent alternativ să fie mai scumpe;

• transmiterea unor puteri foarte mari pe distanțe mari este limitată de stabilitatea funcționării în paralel a sistemelor de putere între care se transmite puterea.

Avantajele curentului continuu includ:

• absența unei componente de curent reactiv (este posibilă utilizarea deplină a liniilor);

• reglare convenabilă și lină într-o gamă largă a numărului de rotații ale motoarelor de curent continuu;

• cuplu mare de pornire la motoarele în serie, care și-au găsit o largă aplicație în tracțiunea electrică și macarale;

• posibilitatea electrolizei etc.

Principalele dezavantaje ale DC sunt:

• imposibilitatea conversiei prin mijloace simple de curent continuu de la o tensiune la alta;

• imposibilitatea creării de generatoare de curent continuu de înaltă tensiune (HV) pentru transmiterea energiei pe distanțe relativ mari;

• dificultatea de a obține curent continuu HV: în acest scop este necesar să se redreseze curentul alternativ de înaltă tensiune și apoi să se transforme în punctul de recepție în curent alternativ trifazat. Aplicația principală este derivată din rețele trifazate de curent alternativ. Cu un număr mare de receptoare electrice monofazate, ramurile monofazate sunt realizate dintr-o rețea trifazată. Avantajele unui sistem AC trifazat sunt:

• utilizarea unui sistem trifazat pentru a crea un câmp magnetic rotativ face posibilă implementarea motoarelor electrice simple;

• într-un sistem trifazat, pierderea de putere este mai mică decât într-un sistem monofazat. Dovada acestei afirmații este dată în tabelul 1.

Tabelul 1. Comparația unui sistem trifazat (cu trei fire) cu un sistem monofazat (două fire)

După cum se poate observa din tabel (rândurile 5 și 6), dP1= 2dP3 și dQ1= 2dQ3, i.e. pierderile de putere într-un sistem monofazat la aceeași putere S și tensiune U sunt de două ori mai mari. Cu toate acestea, într-un sistem monofazat există două fire, iar într-un sistem trifazat - trei.

Pentru ca consumul de metal să fie același, este necesar să se reducă de 1,5 ori secțiunea conductorilor liniei trifazate față de linia monofazată. Același număr de ori va fi o rezistență mai mare, adică. R3= 1.5R1... Inlocuind aceasta valoare in expresia pentru dP3, obtinem dP3 = (1.5S2/ U2) R1, i.e. pierderile de putere activă într-o linie monofazată sunt de 2 / 1,5 = 1,33 ori mai mari decât într-o linie trifazată.

Utilizare DC

Rețelele de curent continuu sunt construite pentru alimentarea întreprinderilor industriale (ateliere de electroliză, cuptoare electrice etc.), transport electric urban (tramvai, troleibuz, metrou). Pentru mai multe detalii vezi aici: Unde și cum este utilizat DC

Electrificarea transportului feroviar se realizează atât pe curent continuu, cât și pe curent alternativ.

Curentul continuu este, de asemenea, utilizat pentru a transmite energie pe distanțe lungi, deoarece utilizarea curentului alternativ în acest scop este asociată cu dificultatea de a asigura funcționarea stabilă în paralel a generatoarelor centralelor electrice. În acest caz, însă, numai o linie de transmisie funcționează pe curent continuu, la capătul căreia de alimentare curentul alternativ este convertit în curent continuu, iar la capătul de recepție curentul continuu este inversat în curent alternativ.

Curentul continuu poate fi utilizat în rețelele de transmisie cu curent alternativ pentru a organiza conexiunea a două sisteme electrice sub formă de curent continuu — transmisie de energie constantă cu lungime zero, atunci când două sisteme electrice sunt conectate între ele printr-un bloc redresor-transformator. În același timp, abaterile de frecvență în fiecare dintre sistemele electrice practic nu afectează puterea transmisă.

Cercetarea și dezvoltarea sunt în curs de desfășurare în ceea ce privește transmisia de putere cu curent pulsat, unde puterea este transmisă simultan prin curent alternativ și curent continuu pe o linie electrică comună. În acest caz, se intenționează să se impună tuturor celor trei faze ale liniei de transport de curent alternativ o tensiune constantă față de pământ, creată prin intermediul instalațiilor de transformatoare la capetele liniei de transport.

Această metodă de transmisie a puterii permite o mai bună utilizare a izolației liniilor de alimentare și crește capacitatea de transport a acesteia în comparație cu transmisia cu curent alternativ și, de asemenea, facilitează selecția puterii de la liniile electrice în comparație cu transmisia cu curent continuu.

Prin tensiune

După tensiune, rețelele electrice sunt împărțite în rețele cu o tensiune de până la 1 kV și peste 1 kV.

Fiecare rețea electrică este caracterizată de Tensiune nominală, care asigură funcționarea normală și cât mai economică a echipamentului.

Distingeți tensiunea nominală a generatoarelor, transformatoarelor, rețelelor și receptoarelor electrice. Tensiunea nominală a rețelei coincide cu tensiunea nominală a consumatorilor de energie, iar tensiunea nominală a generatorului, conform condițiilor de compensare a pierderilor de tensiune din rețea, se ia cu 5% mai mare decât tensiunea nominală a rețelei.

Tensiunea nominală a unui transformator este setată pentru înfășurările sale primare și secundare fără sarcină. Datorită faptului că înfășurarea primară a transformatorului este un receptor de energie electrică, pentru transformatorul de creștere tensiunea nominală este considerată egală cu tensiunea nominală a generatorului, iar pentru transformatorul descendente - tensiunea nominală a reţea.

Tensiunea înfășurării secundare a transformatorului care alimentează rețeaua sub sarcină trebuie să fie cu 5% mai mare decât tensiunea nominală a rețelei. Deoarece există o pierdere de tensiune în transformatorul însuși sub sarcină, tensiunea nominală (adică tensiunea în circuit deschis) a înfășurării secundare a transformatorului este luată cu 10% mai mare decât tensiunea nominală de rețea.

Tabelul 2 prezintă tensiunile nominale fază-fază ale rețelelor electrice trifazate cu o frecvență de 50 Hz. Rețelele electrice în funcție de tensiune sunt împărțite condiționat în rețele de joasă (220–660 V), medie (6–35 kV), înaltă (110–220 kV), ultraînaltă (330–750 kV) și ultraînaltă (1000 kV și mai mare).

Tabelul 2. Tensiuni standard, kV, conform GOST 29322–92

În transport și industrie se folosesc următoarele tensiuni constante: pentru o rețea aeriană care alimentează tramvaie și troleibuze — 600 V, vagoane de metrou — 825 V, pentru liniile de cale ferată electrificate — 3300 și 1650 V, minele la cariere sunt deservite de troleibuze și electrice. locomotive alimentate din rețele de contact 600, 825, 1650 și 3300 V, transportul industrial subteran folosește o tensiune de 275 V. Rețelele de cuptoare cu arc au o tensiune de 75 V, instalațiile de electroliză 220-850 V.

După design și locație

Rețelele aeriene și prin cablu, cablarea și firele diferă ca design.

După locație, rețelele sunt împărțite în externe și interne.

Rețelele externe sunt implementate cu fire și cabluri goale (neizolate) (subterane, subacvatice), interne - cu cabluri, fire izolate și goale, autobuze.

După natura consumului

După natura consumului, se disting liniile feroviare urbane, industriale, rurale, electrificate, conductele de petrol și gaze și sistemele electrice.

Prin programare

Diversitatea și complexitatea rețelelor electrice a dus la lipsa unei clasificări unificate și la utilizarea unor termeni diferiți la clasificarea rețelelor după scop, rol și funcții îndeplinite în schema de alimentare cu energie electrică.

NSErețelele electrice sunt împărțite în rețele principale și rețele de distribuție.

Coloana vertebrală se numește rețea electrică care unește centralele electrice și asigură funcționarea acestora ca un singur obiect de control, furnizând în același timp energie din centralele electrice. Ramura numită rețea electrică. furnizarea de distribuție a energiei electrice de la o sursă de energie.

În GOST 24291-90, rețelele electrice sunt, de asemenea, împărțite în rețele principale și rețele de distribuție.În plus, se disting rețelele urbane, industriale și rurale.

Scopul rețelelor de distribuție este distribuția ulterioară a energiei electrice de la substația rețelei principale (parțial și de la magistralele de tensiune de distribuție ale centralelor electrice) către punctele centrale ale rețelelor urbane, industriale și rurale.

Prima etapă a rețelelor publice de distribuție este de 330 (220) kV, a doua - 110 kV, apoi energia electrică este distribuită prin intermediul rețelei de alimentare cu energie către consumatorii individuali.

În funcție de funcțiile pe care le îndeplinesc, se disting rețelele de coloană vertebrală, de alimentare și de distribuție.

Rețele principale 330 kV și mai sus îndeplinesc funcțiile de formare a sistemelor energetice unificate.

Rețelele de alimentare cu energie electrică sunt destinate transportului de energie electrică din substațiile rețelei de autostrăzi și parțial magistralele de 110 (220) kV ale centralelor electrice către punctele centrale ale rețelelor de distribuție — substații regionale. Rețele de livrare de obicei închis. Anterior, tensiunea acestor rețele era de 110 (220) kV, recent tensiunea rețelelor electrice, de regulă, este de 330 kV.

Rețele de distribuție sunt destinate transportului de energie electrică pe distanțe scurte de la autobuzele de joasă tensiune ale substațiilor raionale către consumatorii urbani industriali și rurali. Astfel de rețele de distribuție sunt de obicei deschise sau funcționează în mod deschis. Anterior, astfel de rețele erau realizate la o tensiune de 35 kV și mai mică, iar acum - 110 (220) kV.

Rețelele de energie electrică sunt, de asemenea, împărțite în rețele locale și regionale și, în plus, rețele de alimentare și distribuție. Rețelele locale includ 35 kV și mai mici, iar rețelele regionale - 110 kV și mai mari.

Mâncând este o linie care trece de la un punct central la un punct de distribuție sau direct la substații fără a distribui energie electrică pe lungimea sa.

Ramura se numeste o linie la care sunt conectate pe lungimea lor mai multe posturi de transformare sau intrarea in instalatiile electrice de consum.

În funcție de scopul din schema de energie, rețelele sunt, de asemenea, împărțite în locale și regionale.

La localnici includ rețele cu densitate scăzută de sarcină și tensiune de până la 35 kV inclusiv. Acestea sunt rețele urbane, industriale și rurale. Bucșele de lungime scurtă de 110 kV adânci sunt, de asemenea, clasificate ca rețele locale.

Rețele electrice raionale acoperă suprafețe mari și au o tensiune de 110 kV și mai mult. Prin intermediul rețelelor regionale, energia electrică este transmisă de la centralele electrice la locurile de consum și, de asemenea, distribuită între substații regionale și mari industriale și de transport care alimentează rețelele locale.

Rețelele regionale includ principalele rețele de sisteme electrice, principalele linii de transport pentru comunicații intra și intersistem.

Rețele de bază asigura comunicarea între centralele electrice și cu centrele regionale de consum (substații regionale). Ele sunt realizate conform schemelor complexe cu mai multe circuite.

Liniile electrice trunchi Comunicarea intra-sistem asigură comunicarea între centralele electrice situate separat cu rețeaua principală a sistemului electric, precum și comunicarea utilizatorilor mari la distanță cu puncte centrale. Aceasta este de obicei o linie aeriene de 110-330 kV și mai mare, cu o lungime mare.

În funcție de rolul lor în schema de alimentare cu energie, rețelele de alimentare cu energie, rețelele de distribuție și rețelele principale ale sistemelor de alimentare diferă.

Hrănitoare se numesc rețele prin care energia este furnizată substației și RP, distributie — rețelele la care sunt conectate direct posturi electrice sau de transformare (de obicei sunt rețele de până la 10 kV, dar adesea rețelele ramificate cu tensiuni mai mari se referă și la rețele de distribuție dacă la acestea sunt conectate un număr mare de posturi de recepție). Spre principalele rețele includ rețele cu cea mai mare tensiune, pe care se realizează cele mai puternice conexiuni în sistemul electric.