Электрические сети и системы - Классификация электрических сетей

В-2. Классификация электрических сетей
Электрические сети осуществляют связь потребителей с электростанциями. В зависимости от расстояний, мощности передачи и числа потребителей сети могут быть различными по их сложности, конструктивному выполнению, по характерным данным (параметрам) и т. п. Часто эта связь получается многоступенчатой, с промежуточным преобразованием энергии. Поэтому электрические сети целесообразно классифицировать по ряду показателей, основными из которых являются следующие: конструктивное выполнение, род тока, характер потребителей, номинальное напряжение, схема соединений.
По конструктивному выполнению различают воздушные и кабельные линии и внутренние проводки (см. гл. 1). Воздушной называется линия, выполненная неизолированными проводами, которые с помощью изоляторов подвешиваются над землей на специальных опорах. Наружные сети (вне зданий) по возможности выполняются воздушными. Они более просты при сооружении и эксплуатации и дешевле кабельных. В то же время они чаще повреждаются.
Кабелем называется система проводов, изолированных взаимно и от окружающей среды. Линии, выполненные кабелем, или кабельные линии, обычно прокладываются в земле. Это имеет свои преимущества — безопасность, сокращение территории, необходимой для отчуждения, стратегические и т. п., но и свои недостатки — большая стоимость, трудность эксплуатации и устранения повреждений, сложность изготовления кабелей и др. Кабельными выполняются сети в тех случаях, когда применение воздушных по каким-либо причинам оказывается недопустимым — в условиях крупного города, на территории промышленного предприятия и т. п.
Внутренние проводки выполняются изолированными (иногда и неизолированными) проводами, прокладываемыми на изоляторах или в трубах по стенам и потолкам зданий или внутри стен, а также специальными шинопроводами. Иногда для этого используются и кабели, прокладываемые в каналах —в полу или на стенах.
По роду тока различаются сети переменного и постоянного тока. Как правило, электрические сети выполняются по системе трехфазного тока, что является наиболее выгодным экономически; а также удобным, поскольку может производиться трансформация энергии. При большом количестве ЭП однофазного тока (например, осветительно-бытовых) от трехфазных сетей осуществляются однофазные ответвления. Однофазными выполняются, например, внутриквартирные сети.

Сети постоянного тока выполняются в настоящее время относительно редко, например, на промышленных предприятиях с большим числом двигателей, требующих изменения скорости вращения в больших пределах, или в электролизных цехах химических предприятий. Постоянный ток обычно получается с помощью вентильных (или других) преобразователей, устанавливаемых на самом предприятии.
Постоянный ток высокого напряжения  в настоящее время применяется для линий электропередачи большой протяженности. Несмотря на существенные преимущества переменного тока, его применение для передачи энергии на большие расстояния встречает значительные трудности, связанные с обеспечением устойчивости параллельной работы генераторов электростанций. Преодоление этих трудностей приводит к значительным дополнительным затратам. Успехи в преобразовательной технике привели к существенному повышению экономичности применения мощных электропередач постоянного тока высокого напряжения. Однако и здесь постоянный ток применяется только для линии электропередачи, по концам которой производится его преобразование в переменный ток (см. § 6-8).

Рис. В-2. Схема разомкнутой сети.
По характеру потребителей и в зависимости от назначения территории, по которой они проходят, различают: городские сети, сети промышленных предприятий, сельские сети, сети электрических систем или районные — на территории крупного района или области.
Кроме того, применяют понятия: распределительные сети, питающие сети, линии электропередачи (или просто электропередачи), основная сеть энергетической системы. Распределительными называются сети, к которым непосредственно присоединяются ЭП. Остальные сети следует относить к питающим. Однако часто распределительными называют и сети более высоких напряжений, если к ним присоединяется большое число (Приемных подстанций и они являются очень разветвленными. Линия электропередачи обычно имеет значительную длину и соединяет крупную электрическую станцию с центром большого района потребления. По ней осуществляется передача значительной мощности. Основными сетями энергетической системы (в зависимости от ее мощности) обычно называют сети. напряжением 220 кВ и выше.

Номинальные напряжения электрических сетей трехфазного тока 50 гц (ГОСТ 721-62)

1 В числителе—междуфазное, в знамен теле—фазное напряжение.

Рис. В-3. Схема замкнутой сети.
Каждая сеть характеризуется номинальным напряжением, на которое рассчитываются элементы ее электротехнического оборудования. Фактические значения напряжений могут отличаться от номинального (см. ниже). Принятые в СССР стандартные значения номинальных напряжений электрических сетей и наибольших значений напряжения для оборудования, присоединенного к этим сетям, приведены в табл. В-1.
В основу разделения электрических сетей по схеме соединений обычно кладется понятие надежности электроснабжения потребителей. Различают сети: разомкнутые, замкнутые и разомкнутые резервированные, обеспечивающие повышенную надежность. В разомкнутых сетях питание каждой нагрузки может происходить только в одном направлении. В случае отключения любого элемента в цепи этого  направления питание прекращается (рис. В-2). В замкнутых сетях питание потребителей  может происходить по меньшей мере в двух направлениях  ( рис. В-3). Отключение какого-либо из элементов в цепи одного из направлений не приводит к прекращению питания. В разомкнутых резервированных сетях питание потребителей может быть восстановлено путем производства переключений— вручную или автоматически. Например, нормально нагрузка Н1 питается по линии Л1 от источника И1 (рис. В-4). При отключении линии Л1 после переключений в пункте а питание нагрузки Н1 производится от источника И2 по линии Л2.

Рис. В-4. Схема сети повышенной надежности.

В-3. Электрические параметры сети

При анализе работы электрической сети следует различать параметры элементов сети и параметры ее рабочего режима. Параметрами элементов сети являются: сопротивления и проводимости, коэффициенты трансформации. К параметрам сети иногда можно отнести также э. д. с. и задающие токи нагрузок. К параметрам рабочего режима относятся: значения частоты, токов в ветвях, напряжений в узлах, полной, активной и реактивной мощности передачи, а также величины, характеризующие несимметрию трехфазной системы напряжений или токов и несинусоидальность изменения напряжений и токов в течение периода основной частоты.
Под рабочим режимом сети понимается ее электрическое состояние. Практически электрическое состояние сети непрерывно изменяется в связи с отключением ЭП, изменением режима их работы и т. п. Обычно при расчетах электрических сетей рассматриваются некоторые идеализированные характерные режимы ее работы. При этом имеются в виду установившиеся режимы работа, т. е. длительные, с почти постоянными параметрами, медленно изменяющимися. Изменение нагрузки потребителя или элемента сети за сутки часто изображают графически в виде суточного графика нагрузок. Его строят 2—428    17 fl прямоугольных осях координат, по оси абсцисс откладывают часы суток, а по оси ординат — нагрузку. На рис. В-5 для иллюстрации представлен суточный график активной и- реактивной мощности нагрузки жилого здания. Предельными являются наибольшее и наименьшее значения, все остальные нагрузки находятся в этих пределах. Характер их изменения во времени часто бывает случайным.
Параметры режима практически не могут быть допущены произвольными. Каждый элемент имеет номинальные данные, которые определяют допустимые параметры рабочего режима сети в нормальных режимах. Кроме нормальных режимов приходится рассматривать вынужденные, послеа варийные режимы, которые имеют место при изменении схемы сети в связи с отключениями оборудования. В этих режимах параметры режима могут находиться в  несколько больших по сравнению с нормальными режимами, но все же в приемлемых пределах.

Рис. В-5. Суточные графики активной Р и реактивной Q мощности нагрузки жилого здания.
Аварийные быстропротекающие, так называемые переходные режимы изучаются в специальных курсах. В ряде случаев приходится рассматривать особые режимы с нежелательными параметрами, которые возникают сравнительно редко и в исключительных условиях, например работа длинной линии без нагрузки, режим синхронизации разделившихся частей системы и др.

В процессе работы электрических сетей часто нарушается симметрия напряжений и токов, а также синусоидальность их изменения во времени. Причиной не- симметрии является широкое применение однофазных ЭП, мощность которых непрерывно растет. Причиной несинусоидальности изменения токов и напряжений оказывается применение выпрямительных вентильных устройств, обладающих безынерционной нелинейностью. Поэтому наряду с основным режимом прямой последовательности возникают напряжения и токи обратной и нулевой последовательностей, а также и высшие гармонические напряжений и токов. Соответствующие величины оказываются обычно сравнительно небольшими, поэтому, как правило, рассматриваются симметричные режимы с синусоидальным изменением напряжений и токов. Возникающие несимметрия и несинусоидальность исследуются дополнительно, по мере надобности (см. гл. 3).