Klasifikace elektrických sítí

Elektrické sítě jsou klasifikovány podle řady ukazatelů, které charakterizují jak síť jako celek, tak jednotlivé přenosové linky (PTL).

Podle povahy proudu

AC a DC sítě se rozlišují podle proudu.

Třífázový AC 50 Hz má oproti DC několik výhod:

• schopnost transformace z jednoho napětí na druhé v širokém rozsahu;

• schopnost přenášet velké výkony na velké vzdálenosti, čehož je dosaženo. Toho je dosaženo transformací napětí generátorů na vyšší napětí pro přenos elektřiny podél vedení a převedením vysokého napětí zpět na nízké napětí v místě příjmu. Při tomto způsobu přenosu výkonu se ztráty ve vedení snižují, protože jsou závislé na proudu ve vedení a proud pro stejný výkon je tím menší, čím vyšší je napětí;

• s třífázovým střídavým proudem je konstrukce asynchronních elektromotorů jednoduchá a spolehlivá (bez kolektoru). Konstrukce synchronního alternátoru je také jednodušší než stejnosměrného generátoru (bez kolektoru apod.);

Nevýhody AC jsou:

• potřeba generovat jalový výkon, který je potřeba především k vytváření magnetických polí transformátorů a elektromotorů. Palivo (v TPP) a voda (v HPP) se na výrobu jalové energie nespotřebovává, ale jalový proud (magnetizační proud) protékající vedeními a vinutími transformátorů je k ničemu (ve smyslu použití vedení k přenosu činné energie) přetěžuje je, způsobuje v nich ztráty činného výkonu a omezuje přenášený činný výkon. Poměr jalového výkonu k činnému výkonu charakterizuje účiník instalace (čím nižší účiník, tím horší jsou elektrické sítě);

• pro zvýšení účiníku se často používají kondenzátorové banky nebo synchronní kompenzátory, což zdražuje instalace střídavého proudu;

• přenos velmi velkých výkonů na velké vzdálenosti je omezen stabilitou paralelního provozu energetických systémů, mezi kterými je výkon přenášen.

Mezi výhody stejnosměrného proudu patří:

• nepřítomnost složky jalového proudu (je možné plné využití vedení);

• pohodlné a plynulé nastavení v širokém rozsahu počtu otáček stejnosměrných motorů;

• vysoký rozběhový moment u sériových motorů, které našly široké uplatnění v elektrické trakci a jeřábech;

• možnost elektrolýzy atd.

Hlavní nevýhody DC jsou:

• nemožnost převodu jednoduchými prostředky stejnosměrného proudu z jednoho napětí na druhé;

• nemožnost vytvořit vysokonapěťové (VN) generátory stejnosměrného proudu pro přenos energie na relativně velké vzdálenosti;

• obtížnost získání stejnosměrného proudu VN: za tímto účelem je nutné usměrnit střídavý proud vysokého napětí a poté jej v místě příjmu přeměnit na třífázový střídavý proud. Hlavní aplikace je odvozena od třífázových sítí střídavého proudu. S velkým počtem jednofázových elektrických přijímačů jsou jednofázové větve vyrobeny z třífázové sítě. Výhody třífázového střídavého systému jsou:

• použití třífázového systému pro vytvoření točivého magnetického pole umožňuje realizovat jednoduché elektromotory;

• v třífázovém systému je ztráta výkonu menší než v systému jednofázovém. Důkaz tohoto tvrzení je uveden v tabulce 1.

Tabulka 1. Porovnání třífázového systému (třívodičového) s jednofázovým (dvouvodičovým)

Jak je vidět z tabulky (řádky 5 a 6), dP1= 2dP3 a dQ1= 2dQ3, tzn. výkonové ztráty v jednofázové soustavě při stejném výkonu S a napětí U jsou dvakrát větší. V jednofázovém systému jsou však dva dráty a ve třífázovém systému - tři.

Aby byla spotřeba kovu stejná, je nutné zmenšit průřez vodičů třífázového vedení oproti jednofázovému 1,5krát. Stejný početkrát bude větší odpor, tzn. R3= 1,5R1... Dosazením této hodnoty ve výrazu za dP3 dostaneme dP3 = (1,5S2/ U2) R1, tzn. ztráty činného výkonu v jednofázovém vedení jsou 2 / 1,5 = 1,33 krát větší než v třífázovém.

Využití DC

Stejnosměrné sítě jsou budovány pro napájení průmyslových podniků (elektrolýzy, elektrické pece atd.), městské elektrické dopravy (tramvaj, trolejbus, metro). Další podrobnosti naleznete zde: Kde a jak se DC používá

Elektrifikace železniční dopravy se provádí na stejnosměrný i střídavý proud.

Stejnosměrný proud se také používá k přenosu energie na velké vzdálenosti, protože použití střídavého proudu pro tento účel je spojeno s obtížností zajištění stabilního paralelního provozu generátorů elektrárny. V tomto případě však na stejnosměrný proud pracuje pouze přenosové vedení, na jehož napájecím konci se střídavý proud přeměňuje na stejnosměrný a na přijímací straně je stejnosměrný proud obrácen na střídavý.

Stejnosměrný proud lze použít v přenosových sítích se střídavým proudem k organizaci spojení dvou elektrických systémů ve formě stejnosměrného proudu — přenos konstantní energie s nulovou délkou, kdy jsou dva elektrické systémy vzájemně propojeny přes blok usměrňovač-transformátor. Přitom frekvenční odchylky v každém z elektrických systémů prakticky neovlivňují přenášený výkon.

V současné době probíhá výzkum a vývoj v oblasti přenosu výkonu pulzním proudem, kdy je výkon přenášen současně střídavým a stejnosměrným proudem po společném elektrickém vedení. V tomto případě je zamýšleno zavést na všechny tři fáze střídavého přenosového vedení určité konstantní napětí vzhledem k zemi, vytvořené pomocí transformátorových instalací na koncích přenosového vedení.

Tento způsob přenosu výkonu umožňuje lepší využití izolace elektrického vedení a zvyšuje jeho nosnost oproti přenosu střídavého proudu a také usnadňuje výběr výkonu z elektrického vedení oproti přenosu stejnosměrného proudu.

Podle napětí

Podle napětí se elektrické sítě dělí na sítě s napětím do 1 kV a nad 1 kV.

Každá elektrická síť se vyznačuje jmenovité napětí, která zajišťuje běžný a nejhospodárnější provoz zařízení.

Rozlišujte jmenovité napětí generátorů, transformátorů, sítí a elektrických přijímačů. Jmenovité napětí sítě se shoduje se jmenovitým napětím spotřebičů energie a jmenovité napětí generátoru je podle podmínek kompenzace ztrát napětí v síti odebíráno o 5 % vyšší než jmenovité napětí sítě.

Jmenovité napětí transformátoru je nastaveno pro jeho primární a sekundární vinutí naprázdno. Vzhledem k tomu, že primární vinutí transformátoru je přijímačem elektrické energie, u zvyšujícího transformátoru se jeho jmenovité napětí rovná jmenovitému napětí generátoru a u snižovacího transformátoru je jmenovité napětí síť.

Napětí sekundárního vinutí transformátoru napájejícího síť pod zátěží musí být o 5 % vyšší než jmenovité napětí sítě. Vzhledem k tomu, že při zatížení dochází k napěťové ztrátě v samotném transformátoru, je jmenovité napětí (tj. napětí naprázdno) sekundárního vinutí transformátoru o 10 % vyšší než jmenovité napětí sítě.

Tabulka 2 ukazuje jmenovitá sdružená napětí třífázových elektrických sítí s frekvencí 50 Hz. Elektrické sítě podle napětí se podmíněně dělí na sítě nízkého (220–660 V), středního (6–35 kV), vysokého (110–220 kV), ultravysokého (330–750 kV) a ultravysokého (1000 kV a vyšší) napětí.

Tabulka 2. Standardní napětí, kV, podle GOST 29322–92

V dopravě a průmyslu se používají tato konstantní napětí: pro trolejovou síť napájející tramvaje a trolejbusy — 600 V, vozy metra — 825 V, pro elektrifikované železniční tratě — 3300 a 1650 V, povrchové doly obsluhují trolejbusy a el. lokomotivy napájené z kontaktních sítí 600, 825, 1650 a 3300 V, podzemní průmyslová doprava používá napětí 275 V. Sítě obloukových pecí mají napětí 75 V, elektrolýzy 220-850 V.

Podle designu a umístění

Anténní a kabelové sítě, elektroinstalace a vodiče se liší provedením.

Podle umístění se sítě dělí na vnější a vnitřní.

Vnější sítě jsou realizovány s holými (neizolovanými) vodiči a kabely (podzemní, podvodní), vnitřní - s kabely, izolovanými a holými vodiči, sběrnice.

Podle povahy spotřeby

Podle charakteru spotřeby se rozlišují městské, průmyslové, venkovské, elektrifikované železniční tratě, ropovody a plynovody a elektrické systémy.

Po domluvě

Rozmanitost a složitost elektrických sítí vedla k nedostatku jednotné klasifikace a používání různých termínů při klasifikaci sítí podle účelu, role a funkcí vykonávaných ve schématu napájení.

NSEelektrické sítě se dělí na páteřní a distribuční sítě.

Páteř se nazývá elektrická síť, která sdružuje elektrárny a zajišťuje jejich fungování jako jednoho řídicího objektu a zároveň dodává energii z elektráren. Větev nazývaná elektrická síť. zajišťování distribuce elektřiny ze zdroje el.

V GOST 24291-90 jsou elektrické sítě také rozděleny na páteřní a distribuční sítě.Kromě toho se rozlišují městské, průmyslové a venkovské sítě.

Účelem distribučních sítí je další distribuce elektřiny z rozvodny páteřní sítě (částečně i z distribučních napěťových sběrnic elektráren) do centrálních bodů městských, průmyslových a venkovských sítí.

První stupeň veřejných distribučních sítí je 330 (220) kV, druhý - 110 kV, poté je elektřina distribuována prostřednictvím napájecí sítě k jednotlivým spotřebitelům.

Podle funkcí, které plní, se rozlišují sítě páteřní, zásobovací a distribuční.

Hlavní sítě 330 kV a více plnit funkce formování jednotných energetických systémů.

Napájecí sítě jsou určeny pro přenos elektřiny z rozvoden dálniční sítě a částečně 110 (220) kV sběrnic elektráren do centrálních bodů distribučních sítí – regionálních rozvoden. Doručovací sítě obvykle zavřené. Dříve bylo napětí těchto sítí 110 (220) kV, v poslední době je napětí elektrických sítí zpravidla 330 kV.

Distribuční sítě jsou určeny pro přenos elektřiny na krátké vzdálenosti z nízkonapěťových autobusů okresních rozvoden k městským průmyslovým a venkovským spotřebitelům. Takové distribuční sítě jsou obvykle otevřené nebo fungují v otevřeném režimu. Dříve byly takové sítě prováděny při napětí 35 kV a nižším a nyní - 110 (220) kV.

Elektrické sítě se dále dělí na místní a regionální a navíc na sítě napájecí a rozvodné. Místní sítě zahrnují 35 kV a nižší a regionální sítě — 110 kV a vyšší.

Stravování je vedení procházející z centrálního bodu do distribučního místa nebo přímo do rozvoden bez distribuce elektřiny po jeho délce.

Větev je voláno vedení, ke kterému je po celé délce připojeno několik trafostanic nebo vstup do spotřebitelských elektroinstalací.

Podle účelu v energetickém schématu se sítě také dělí na místní a regionální.

K místním zahrnují sítě s nízkou hustotou zatížení a napětím do 35 kV včetně. Jedná se o městské, průmyslové a venkovské sítě. K místním sítím se řadí i krátké hloubkové průchodky 110 kV.

Okresní elektrické sítě pokrývají velké oblasti a mají napětí 110 kV a vyšší. Prostřednictvím regionálních sítí je elektřina přenášena z elektráren do míst spotřeby a také distribuována mezi regionálními a velkými průmyslovými a dopravními rozvodnami, které napájejí místní sítě.

Regionální sítě zahrnují hlavní sítě elektrických systémů, hlavní přenosová vedení pro vnitrosystémovou a mezisystémovou komunikaci.

Jádrové sítě zajistit komunikaci mezi elektrárnami a s regionálními spotřebitelskými centry (regionálními rozvodnami). Provádějí se podle složitých víceokruhových schémat.

Kmenové elektrické vedení vnitrosystémová komunikace zajišťuje komunikaci mezi samostatně umístěnými elektrárnami s hlavní sítí elektrizační soustavy a také komunikaci vzdálených velkých uživatelů s centrálními body. Obvykle se jedná o venkovní vedení 110-330 kV a větší s velkou délkou.

Podle jejich role ve schématu napájení se napájecí sítě, distribuční sítě a hlavní sítě energetických systémů liší.

Výživný se nazývají sítě, kterými je energie dodávána do rozvodny a RP, rozdělení — sítě, na které jsou přímo připojeny elektrické nebo trafostanice (obvykle se jedná o sítě do 10 kV, ale často se rozvodnými sítěmi rozumí i rozvětvené sítě s vyšším napětím, pokud je k nim připojeno velké množství přijímacích stanic). Do hlavních sítí zahrnují sítě s nejvyšším napětím, na kterých jsou provedeny nejvýkonnější spoje v elektrickém systému.