Ταξινόμηση ηλεκτρικών δικτύων

Τα ηλεκτρικά δίκτυα ταξινομούνται σύμφωνα με έναν αριθμό δεικτών που χαρακτηρίζουν τόσο το δίκτυο στο σύνολό του όσο και μεμονωμένες γραμμές μεταφοράς (PTL).

Από τη φύση του ρεύματος

Τα δίκτυα AC και DC διακρίνονται από το ρεύμα.

Το τριφασικό AC 50 Hz έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με το DC:

• την ικανότητα μετατροπής από μια τάση σε άλλη σε ένα ευρύ φάσμα.

• την ικανότητα μετάδοσης μεγάλων δυνάμεων σε μεγάλες αποστάσεις, η οποία επιτυγχάνεται. Αυτό επιτυγχάνεται με τη μετατροπή της τάσης των γεννητριών σε υψηλότερη τάση για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας κατά μήκος της γραμμής και τη μετατροπή της υψηλής τάσης πίσω σε χαμηλή τάση στο σημείο λήψης. Σε αυτή τη μέθοδο μετάδοσης ισχύος, οι απώλειες στη γραμμή μειώνονται επειδή εξαρτώνται από το ρεύμα στη γραμμή και το ρεύμα για την ίδια ισχύ είναι μικρότερο, όσο υψηλότερη είναι η τάση.

• με τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα, η κατασκευή ασύγχρονων ηλεκτροκινητήρων είναι απλή και αξιόπιστη (χωρίς συλλέκτη). Η κατασκευή ενός σύγχρονου εναλλάκτη είναι επίσης απλούστερη από μια γεννήτρια DC (χωρίς συλλέκτη κ.λπ.).

Τα μειονεκτήματα του AC είναι:

• την ανάγκη παραγωγής άεργου ισχύος, η οποία χρειάζεται κυρίως για τη δημιουργία μαγνητικών πεδίων μετασχηματιστών και ηλεκτροκινητήρων. Το καύσιμο (σε TPP) και το νερό (στο HPP) δεν καταναλώνονται για την παραγωγή άεργου ενέργειας, αλλά το άεργο ρεύμα (μαγνητικό ρεύμα) που ρέει μέσω των γραμμών και των περιελίξεων των μετασχηματιστών είναι άχρηστο (με την έννοια της χρήσης γραμμών για τη μετάδοση ενεργού ενέργειας) τα υπερφορτώνει, προκαλεί απώλειες ενεργού ισχύος σε αυτά και περιορίζει την εκπεμπόμενη ενεργή ισχύ. Ο λόγος άεργου προς ενεργό ισχύ χαρακτηρίζει τον συντελεστή ισχύος της εγκατάστασης (όσο χαμηλότερος είναι ο συντελεστής ισχύος, τόσο χειρότερα χρησιμοποιούνται τα ηλεκτρικά δίκτυα).

• Συχνά χρησιμοποιούνται συστοιχίες πυκνωτών ή σύγχρονοι αντισταθμιστές για την αύξηση του συντελεστή ισχύος, γεγονός που καθιστά τις εγκαταστάσεις AC πιο ακριβές.

• η μετάδοση πολύ μεγάλων δυνάμεων σε μεγάλες αποστάσεις περιορίζεται από τη σταθερότητα της παράλληλης λειτουργίας των συστημάτων ισχύος μεταξύ των οποίων μεταδίδεται η ισχύς.

Τα πλεονεκτήματα του συνεχούς ρεύματος περιλαμβάνουν:

• απουσία στοιχείου άεργου ρεύματος (είναι δυνατή η πλήρης χρήση γραμμών).

• βολική και ομαλή ρύθμιση σε ένα ευρύ φάσμα του αριθμού στροφών των κινητήρων DC.

• υψηλή ροπή εκκίνησης σε σειριακούς κινητήρες, που έχουν βρει ευρεία εφαρμογή στην ηλεκτρική έλξη και στους γερανούς.

• η δυνατότητα ηλεκτρόλυσης κ.λπ.

Τα κύρια μειονεκτήματα του DC είναι:

• αδυναμία μετατροπής με απλά μέσα συνεχούς ρεύματος από τη μια τάση στην άλλη.

• την αδυναμία δημιουργίας γεννητριών συνεχούς ρεύματος υψηλής τάσης (HV) για μεταφορά ισχύος σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις·

• η δυσκολία λήψης συνεχούς ρεύματος HV: για το σκοπό αυτό είναι απαραίτητο να διορθωθεί το εναλλασσόμενο ρεύμα της υψηλής τάσης και στη συνέχεια στο σημείο λήψης να μετατραπεί σε τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα. Η κύρια εφαρμογή προέρχεται από τριφασικά δίκτυα εναλλασσόμενου ρεύματος. Με μεγάλο αριθμό μονοφασικών ηλεκτρικών δεκτών, οι μονοφασικοί κλάδοι κατασκευάζονται από ένα τριφασικό δίκτυο. Τα πλεονεκτήματα ενός τριφασικού συστήματος AC είναι:

• η χρήση ενός τριφασικού συστήματος για τη δημιουργία ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου καθιστά δυνατή την εφαρμογή απλών ηλεκτρικών κινητήρων.

• σε ένα τριφασικό σύστημα, η απώλεια ισχύος είναι μικρότερη από ό,τι σε ένα μονοφασικό σύστημα. Η απόδειξη αυτής της δήλωσης δίνεται στον Πίνακα 1.

Πίνακας 1. Σύγκριση τριφασικού συστήματος (τριών συρμάτων) με μονοφασικού (δισύρματος)

Όπως φαίνεται από τον πίνακα (σειρές 5 και 6), dP1= 2dP3 και dQ1= 2dQ3, δηλ. Οι απώλειες ισχύος σε ένα μονοφασικό σύστημα στην ίδια ισχύ S και τάση U είναι δύο φορές μεγαλύτερες. Ωστόσο, σε ένα μονοφασικό σύστημα υπάρχουν δύο καλώδια και σε ένα τριφασικό σύστημα - τρία.

Για να είναι η ίδια η κατανάλωση μετάλλου, είναι απαραίτητο να μειωθεί η διατομή των αγωγών της τριφασικής γραμμής σε σχέση με τη μονοφασική γραμμή κατά 1,5 φορές. Οι ίδιες φορές θα είναι μεγαλύτερη αντίσταση, δηλ. R3= 1,5R1... Αντικαθιστώντας αυτή την τιμή στην έκφραση dP3, παίρνουμε dP3 = (1,5S2/ U2) R1, δηλ. Οι απώλειες ενεργού ισχύος σε μονοφασική γραμμή είναι 2 / 1,5 = 1,33 φορές περισσότερες από ό,τι σε μια τριφασική.

χρήση DC

Τα δίκτυα συνεχούς ρεύματος κατασκευάζονται για να τροφοδοτούν βιομηχανικές επιχειρήσεις (εργαστήρια ηλεκτρόλυσης, ηλεκτρικούς φούρνους κ.λπ.), αστικές ηλεκτρικές μεταφορές (τραμ, τρόλεϊ, μετρό). Για περισσότερες λεπτομέρειες δείτε εδώ: Πού και πώς χρησιμοποιείται το DC

Η ηλεκτροδότηση των σιδηροδρομικών μεταφορών πραγματοποιείται τόσο με συνεχές όσο και με εναλλασσόμενο ρεύμα.

Το συνεχές ρεύμα χρησιμοποιείται επίσης για τη μετάδοση ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, καθώς η χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος για το σκοπό αυτό συνδέεται με τη δυσκολία εξασφάλισης σταθερής παράλληλης λειτουργίας των γεννητριών σταθμών παραγωγής ενέργειας. Στην περίπτωση αυτή, ωστόσο, μόνο μια γραμμή μεταφοράς λειτουργεί με συνεχές ρεύμα, στο άκρο τροφοδοσίας της οποίας το εναλλασσόμενο ρεύμα μετατρέπεται σε συνεχές ρεύμα και στο άκρο λήψης το συνεχές ρεύμα αντιστρέφεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα.

Το συνεχές ρεύμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε δίκτυα μεταφοράς με εναλλασσόμενο ρεύμα για να οργανώσει τη σύνδεση δύο ηλεκτρικών συστημάτων με τη μορφή συνεχούς ρεύματος — μετάδοση σταθερής ενέργειας με μηδενικό μήκος, όταν δύο ηλεκτρικά συστήματα συνδέονται μεταξύ τους μέσω ενός μπλοκ ανορθωτή-μετασχηματιστή. Ταυτόχρονα, οι αποκλίσεις συχνότητας σε κάθε ένα από τα ηλεκτρικά συστήματα πρακτικά δεν επηρεάζουν τη μεταδιδόμενη ισχύ.

Επί του παρόντος διεξάγεται έρευνα και ανάπτυξη για τη μετάδοση ισχύος παλμικού ρεύματος, όπου η ισχύς μεταδίδεται ταυτόχρονα με εναλλασσόμενο ρεύμα και συνεχές ρεύμα μέσω μιας κοινής γραμμής ισχύος. Σε αυτή την περίπτωση, προορίζεται να επιβληθεί και στις τρεις φάσεις της γραμμής μεταφοράς εναλλασσόμενου ρεύματος κάποια σταθερή τάση ως προς τη γη, που δημιουργείται μέσω εγκαταστάσεων μετασχηματιστών στα άκρα της γραμμής μεταφοράς.

Αυτή η μέθοδος μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας επιτρέπει την καλύτερη χρήση της μόνωσης της γραμμής ηλεκτρικής ενέργειας και αυξάνει τη μεταφορική της ικανότητα σε σύγκριση με τη μετάδοση εναλλασσόμενου ρεύματος και επίσης διευκολύνει την επιλογή ισχύος από τις γραμμές μεταφοράς ρεύματος σε σύγκριση με τη μετάδοση συνεχούς ρεύματος.

Με τάση

Με βάση την τάση, τα ηλεκτρικά δίκτυα χωρίζονται σε δίκτυα με τάση έως 1 kV και άνω του 1 kV.

Κάθε ηλεκτρικό δίκτυο χαρακτηρίζεται από μετρημένη ηλεκτρική τάση, που εξασφαλίζει την κανονική και οικονομικότερη λειτουργία του εξοπλισμού.

Διακρίνετε την ονομαστική τάση γεννητριών, μετασχηματιστών, δικτύων και ηλεκτρικών δεκτών. Η ονομαστική τάση του δικτύου συμπίπτει με την ονομαστική τάση των καταναλωτών ενέργειας και η ονομαστική τάση της γεννήτριας, σύμφωνα με τις συνθήκες αντιστάθμισης των απωλειών τάσης στο δίκτυο, λαμβάνεται 5% υψηλότερη από την ονομαστική τάση του δικτύου.

Η ονομαστική τάση ενός μετασχηματιστή ρυθμίζεται για τις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις του χωρίς φορτίο. Λόγω του γεγονότος ότι η κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή είναι ένας δέκτης ηλεκτρικής ενέργειας, για τον μετασχηματιστή ανύψωσης η ονομαστική του τάση λαμβάνεται ίση με την ονομαστική τάση της γεννήτριας και για τον μετασχηματιστή υποβάθμισης - η ονομαστική τάση του δίκτυο.

Η τάση της δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή που τροφοδοτεί το δίκτυο υπό φορτίο πρέπει να είναι 5% υψηλότερη από την ονομαστική τάση του δικτύου. Δεδομένου ότι υπάρχει απώλεια τάσης στον ίδιο τον μετασχηματιστή υπό φορτίο, η ονομαστική τάση (δηλ. τάση ανοιχτού κυκλώματος) της δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή λαμβάνεται κατά 10% υψηλότερη από την ονομαστική τάση δικτύου.

Ο Πίνακας 2 δείχνει τις ονομαστικές τάσεις φάσης προς φάση τριφασικών ηλεκτρικών δικτύων με συχνότητα 50 Hz. Τα ηλεκτρικά δίκτυα ανά τάση χωρίζονται υπό όρους σε δίκτυα χαμηλής (220–660 V), μεσαίας (6–35 kV), υψηλής (110–220 kV), υπερυψηλής (330–750 kV) και υπερυψηλής (1000 kV και άνω) τάσης.

Πίνακας 2. Τυπικές τάσεις, kV, σύμφωνα με το GOST 29322–92

Στις μεταφορές και τη βιομηχανία, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες σταθερές τάσεις: για ένα εναέριο δίκτυο που τροφοδοτεί τραμ και τρόλεϊ — 600 V, βαγόνια του μετρό — 825 V, για ηλεκτροκίνητες σιδηροδρομικές γραμμές — 3300 και 1650 V, τα ανοιχτά ορυχεία εξυπηρετούνται από τρόλεϊ και ηλεκτρικά ατμομηχανές που τροφοδοτούνται από δίκτυα επαφής 600, 825, 1650 και 3300 V, οι υπόγειες βιομηχανικές μεταφορές χρησιμοποιούν τάση 275 V. Τα δίκτυα φούρνων τόξου έχουν τάση 75 V, οι εγκαταστάσεις ηλεκτρόλυσης 220-850 V.

Ανά σχεδιασμό και τοποθεσία

Τα εναέρια και καλωδιακά δίκτυα, οι καλωδιώσεις και τα καλώδια διαφέρουν ως προς το σχεδιασμό.

Ανά τοποθεσία, τα δίκτυα χωρίζονται σε εξωτερικά και εσωτερικά.

Τα εξωτερικά δίκτυα υλοποιούνται με γυμνά (μη μονωμένα) καλώδια και καλώδια (υπόγεια, υποβρύχια), εσωτερικά - με καλώδια, μονωμένα και γυμνά καλώδια, λεωφορεία.

Από τη φύση της κατανάλωσης

Ανάλογα με τη φύση της κατανάλωσης διακρίνονται οι αστικές, οι βιομηχανικές, οι αγροτικές, οι ηλεκτροκίνητες σιδηροδρομικές γραμμές, οι αγωγοί πετρελαίου και φυσικού αερίου και τα ηλεκτρικά συστήματα.

Με ραντεβού

Η ποικιλομορφία και η πολυπλοκότητα των ηλεκτρικών δικτύων οδήγησε στην έλλειψη ενοποιημένης ταξινόμησης και στη χρήση διαφορετικών όρων κατά την ταξινόμηση των δικτύων κατά σκοπό, ρόλο και λειτουργίες που εκτελούνται στο σύστημα παροχής ρεύματος.

Τα ηλεκτρικά δίκτυα NSE χωρίζονται σε δίκτυα κορμού και διανομής.

Η σπονδυλική στήλη ονομάζεται ηλεκτρικό δίκτυο που ενώνει τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και διασφαλίζει τη λειτουργία τους ως ενιαίο αντικείμενο ελέγχου, ενώ παρέχει ενέργεια από σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Κλαδί ονομάζεται ηλεκτρικό δίκτυο. παροχή ηλεκτρικής ενέργειας από πηγή ενέργειας.

Στο GOST 24291-90, τα ηλεκτρικά δίκτυα χωρίζονται επίσης σε δίκτυα κορμού και διανομής.Επιπλέον, διακρίνονται αστικά, βιομηχανικά και αγροτικά δίκτυα.

Σκοπός των δικτύων διανομής είναι η περαιτέρω διανομή ηλεκτρικής ενέργειας από τον υποσταθμό του βασικού δικτύου (εν μέρει και από τα λεωφορεία τάσης διανομής των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής) στα κεντρικά σημεία των αστικών, βιομηχανικών και αγροτικών δικτύων.

Το πρώτο στάδιο των δημόσιων δικτύων διανομής είναι 330 (220) kV, το δεύτερο - 110 kV, στη συνέχεια η ηλεκτρική ενέργεια διανέμεται μέσω του δικτύου τροφοδοσίας σε μεμονωμένους καταναλωτές.

Ανάλογα με τις λειτουργίες που εκτελούν, διακρίνονται τα δίκτυα κορμού, τροφοδοσίας και διανομής.

Κύρια δίκτυα 330 kV και άνω εκτελεί τις λειτουργίες του σχηματισμού ενοποιημένων ενεργειακών συστημάτων.

Τα δίκτυα τροφοδοσίας προορίζονται για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από τους υποσταθμούς του δικτύου αυτοκινητοδρόμων και εν μέρει τα λεωφορεία 110 (220) kV σταθμών ηλεκτροπαραγωγής στα κεντρικά σημεία των δικτύων διανομής — περιφερειακούς υποσταθμούς. Δίκτυα παράδοσης συνήθως κλειστό. Προηγουμένως, η τάση αυτών των δικτύων ήταν 110 (220) kV, πρόσφατα η τάση των ηλεκτρικών δικτύων, κατά κανόνα, είναι 330 kV.

Δίκτυα διανομής προορίζονται για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε μικρές αποστάσεις από τα λεωφορεία χαμηλής τάσης των περιφερειακών υποσταθμών σε αστικούς βιομηχανικούς και αγροτικούς καταναλωτές. Τέτοια δίκτυα διανομής είναι συνήθως ανοιχτά ή λειτουργούν σε ανοιχτή λειτουργία. Προηγουμένως, τέτοια δίκτυα πραγματοποιούνταν σε τάση 35 kV και χαμηλότερη, και τώρα - 110 (220) kV.

Τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας υποδιαιρούνται επίσης σε τοπικά και περιφερειακά και, επιπλέον, σε δίκτυα τροφοδοσίας και διανομής. Τα τοπικά δίκτυα περιλαμβάνουν 35 kV και χαμηλότερα, και τα περιφερειακά δίκτυα — 110 kV και άνω.

Τρώει είναι μια γραμμή που διέρχεται από ένα κεντρικό σημείο σε ένα σημείο διανομής ή απευθείας σε υποσταθμούς χωρίς να διανέμει ηλεκτρική ενέργεια σε όλο το μήκος της.

Κλαδί καλείται μια γραμμή, στην οποία συνδέονται κατά το μήκος τους αρκετοί υποσταθμοί μετασχηματιστών ή η είσοδος σε καταναλωτικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις.

Ανάλογα με το σκοπό στο σύστημα ισχύος, τα δίκτυα διακρίνονται επίσης σε τοπικά και περιφερειακά.

Στους ντόπιους περιλαμβάνουν δίκτυα με χαμηλή πυκνότητα φορτίου και τάση έως και 35 kV. Πρόκειται για αστικά, βιομηχανικά και αγροτικά δίκτυα. Οι δακτύλιοι βάθους 110 kV μικρού μήκους ταξινομούνται επίσης ως τοπικά δίκτυα.

Επαρχιακά ηλεκτρικά δίκτυα καλύπτουν μεγάλες επιφάνειες και έχουν τάση 110 kV και άνω. Μέσω περιφερειακών δικτύων, η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται από τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σε χώρους κατανάλωσης και επίσης διανέμεται μεταξύ περιφερειακών και μεγάλων βιομηχανικών και μεταφορικών υποσταθμών που τροφοδοτούν τα τοπικά δίκτυα.

Τα περιφερειακά δίκτυα περιλαμβάνουν τα κύρια δίκτυα ηλεκτρικών συστημάτων, τις κύριες γραμμές μεταφοράς για ενδο- και ενδοσυστημική επικοινωνία.

Βασικά δίκτυα παρέχουν επικοινωνία μεταξύ σταθμών ηλεκτροπαραγωγής και με περιφερειακά κέντρα καταναλωτών (περιφερειακοί υποσταθμοί). Εκτελούνται σύμφωνα με πολύπλοκα σχήματα πολλαπλών κυκλωμάτων.

Καλώδια ρεύματος κορμού Η ενδοσυστημική επικοινωνία παρέχει επικοινωνία μεταξύ χωριστών σταθμών παραγωγής ενέργειας με το κύριο δίκτυο του ηλεκτρικού συστήματος, καθώς και επικοινωνία απομακρυσμένων μεγάλων χρηστών με κεντρικά σημεία. Αυτή είναι συνήθως μια εναέρια γραμμή 110-330 kV και μεγαλύτερη με μεγάλο μήκος.

Ανάλογα με το ρόλο τους στο σύστημα τροφοδοσίας, τα δίκτυα τροφοδοσίας, τα δίκτυα διανομής και τα κύρια δίκτυα συστημάτων ισχύος διαφέρουν.

Θρεπτικός ονομάζονται τα δίκτυα μέσω των οποίων η ενέργεια τροφοδοτείται στον υποσταθμό και το RP, διανομή — δίκτυα στα οποία συνδέονται απευθείας ηλεκτρικοί υποσταθμοί ή υποσταθμοί μετασχηματιστών (συνήθως πρόκειται για δίκτυα έως 10 kV, αλλά συχνά διακλαδισμένα δίκτυα με υψηλότερες τάσεις αναφέρονται επίσης σε δίκτυα διανομής εάν είναι συνδεδεμένος μεγάλος αριθμός υποσταθμών λήψης). Στα κύρια δίκτυα περιλαμβάνουν δίκτυα με την υψηλότερη τάση, στα οποία γίνονται οι πιο ισχυρές συνδέσεις στο ηλεκτρικό σύστημα.