1.3 Напряжения систем электроснабжения

Для трехфазных симметричных систем переменного тока за номинальное напряжение U_ном принимается абсолютное значение линейного (междуфазного) напряжение сети (кВ или В), т.е.

U_ном = U_Л =U_АВ =U_ВС = U_СА

Сети с однофазной нагрузкой подключаются на фазное напряжение, т.е. на напряжение между соответствующей фазой и нейтральной точкой (нейтралью) сети:

U _ф.ном = U_А-0 = U_В-0 = U_С-0 = , кВ или В

(индекс «Л» принято опускать). На стороне треугольника линейные напряжения равны фазным (рис. 1.3)

Связующим звеном между генерирующими источниками и электроустановками потребителей являются электрические сети, состоящие из линий электропередачи (ЛЭП) и трансформаторных подстанций различных классов напряжения.

От электростанции к месту потребления электроэнергия передается по линиям электропередачи. Линия электропередачи (ЛЭП) – это электроустановка, состоящая из проводов, кабелей, изолирующих элементов и несущих конструкций, предназначенная для передачи электрической энергии между двумя пунктами энергосистемы с возможным промежуточным отбором [2]. Трансформаторная подстанция – это электрическая подстанция, предназначенная для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения с помощью трансформаторов [2].

Исторически на территории Украины, входившей в состав СССР, для трехфазных сетей переменного тока сложилась следующая шкала номинальных (линейных) напряжений, кВ: 750, 330, 220, 110(150), 35, 10(6), 0,4(0,68).

Напряжение 750 кВ используется для связей между энергосистемами и выдачи больших мощностей с электростанций в центры нагрузок на значительные расстояния (например, ЛЭП 750кВ «Запорожская АЭС – ПС Запорожская-750», «Запорожская АЭС – ПС Южнодонбасская-750» и др.);

330кВ – межсистемные и системообразующие сети, передача мощности от ПС 750кВ непосредственно к центрам нагрузок крупных потребителей или к центрам питания (ЦП) промышленных узлов;

220 кВ – аналогично 330кВ;

110(150) кВ - сети, предназначенные для подключения центров питания промышленных предприятий и городских нагрузок. Напряжение 150 (154) кВ получило ограниченное распространение – в основном в Днепровском регионе (Днепропетровская, Запорожская, Кировоградская, частично Херсонская и Полтавская обл.)

35 кВ – электроснабжение некрупных промышленных потребителей, центров городских и сельскохозяйственных нагрузок.

10(6) кВ – внутризаводские системы электроснабжения, питающие цеховые ТП, а также для городских сетей, питающих ТП уличного освещения и коммунально-бытовых потребителей.

0,4кВ (380/220В) – заводские внутрицеховые сети и электроприемники, городская осветительная и коммунально-бытовая нагрузка. Однофазные электроприемники этих сетей запитываются на напряжении 220 В.

Во внутризаводских сетях на ряде предприятий используется также напряжение 0,68 кВ для питания мощных электроприемников (например, насосов, приводов прокатных станов и т.п.).

Уровень напряжения ЛЭП зависит от величины передаваемой мощности и расстояния от генерирующей электростанции до места потребления. Чем больше передаваемая мощность и расстояние, тем выше напряжение. Это можно объяснить следующим: из курса электротехники известно, что полная мощность, передаваемая по трехфазной сети, определяется выражением

(кВА) (1.1)

где U – линейное напряжение, кВ,

I – ток в линии, А. Исходя из закона Ома ток в лини (А)

, (1.2)

где R – сопротивление линии, Ом, которое, как известно, зависит от удельного сопротивления провода ρ(Ом·мм²/км), длины линии l (км) и ее сечения F (мм²):

(1.3)

Подставив (1.2) и (1.3) в (1.1), получим

, (1.4)

Отсюда следует, что для увеличения пропускной способности линии (увеличения передаваемой по ней мощности) при неизменной ее длине и свойствах материала провода необходимо либо увеличивать сечение, что технически и экономически целесообразно до определенной величины, либо увеличивать напряжение, что более выгодно.

Преобразование электрической мощности от уровня генераторного напряжения до напряжения передающей ЛЭП и от уровня напряжения передающей линии до уровня напряжения электроустановок потребителя при постоянной частоте выполняется путем ее трансформации на трансформаторных подстанциях электрических сетей с использованием силовых трансформаторов и автотрансформаторов. Преобразование уровня напряжений характеризуется коэффициентом трансформации k_т. (Подробнее см. раздел 2.1.1)

В целях снижения потерь в системах электроснабжения количество ступеней трансформации должно быть минимальным. Поэтому следует избегать использования напряжения 35 кВ во внутризаводских сетях, а к центрам питания промышленных объектов подводить напряжение 110(150) кВ или 220 - 330кВ при особо крупных сконцентрированных нагрузках.