Лабораторная работа № 2 изучение: электрических сетей и их классификации; номинальных напряжений электрических сетей.

Цель: изучение структуры и классификации электрических сетей, номинальных напряжений.

Подготовка к работе:

1. Пройти инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.

2. Ознакомиться с описанием работы, краткими теоретическими сведениями.

3. Ответить на вопросы.

1. Классификация электрических сетей:

1. Нерезервированные схемы. Такие сети выполняются без резервных линий и резервных трансформаторов. К этой группе относятся радиальные, или магистральные, схемы (рисунок 1, а), пригодные для питания потребителей 3 категории. Однако в некоторых случаях, например при небольшой протяженности линий и малой мощности нагрузок

2. Резервные схемы. Эти схемы могут выполняться в виде двухцепных магистральных линий (рисунок 1, б). В некоторых случаях строительство таких линий ведется в два этапа: вначале сооружается одна линия, а затем после возрастания нагрузки до запроектированных значений – вторая.

К резервированным относятся также схемы замкнутых сетей (рисунок 1, в,г). Применяются и смешанные варианты схем: часть сети может быть выполненапо резервированной схеме, а другая – по нерезервированной.

Рисунок 1 - Схемы сети

Рисунок 2 – Схемы системы передачи.

Линии электропередачи высоких напряжений могут выполняться либо по блочной – блоковой (рисунок 2, а), либо по связанной (рисунок 2, б) схеме. При блочной схеме генераторы, повышающие и понижающие трансформаторы и сама линия представляют единый блок. Поэтому авария на линии сопровождается выходом из строя всего блока. При использовании такой схемы электропередачи система должна обладать достаточным резервом для замены отключившегося во время аварии блока.

При связанной схеме линия электропередачи в переключательных пунктах (ПП) делится на несколько участков. Авария на какой-либо параллельной линии вызывает отключение только поврежденного участка, и вся мощность может передаваться по остальным участкам. Для такой схемы необходимо большое количество выключателей и другой аппаратуры. Благодаря выскойо надежности и преимуществам в обеспечении устойчивости системы связанная схема получила широкое распространение.

Выбранная схема сети в значительной степени влияет и на схемы районных подстанций. Поэтому при выборе наиболее целесообразного варианта электроснабжения района необходимо учитывать стоимость оборудования подстанций. Следовательно, тдля каждого варианта схемы сети нужно наметить и схемы электрических соединений подключенных к сети подстанций.

2. Номинальные напряжения электрической сети

Номинальные напряжения электрических сетей общего назначения переменного тока в РФ установлены действующим стандартом (табл. 1).

Таблица 1 - Номинальные междуфазные напряжения, кВ, для напряжений свыше 1000 В по ГОСТ 721–77*

Сети и приемники	Генераторы и синхронные компенсаторы	Трансформаторы и автотрансформаторы без РПН		Трансформаторы и автотрансформаторы с РПН		Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования
		Первичные обмотки	Вторичные обмотки ***	Первичные обмотки	Вторичные обмотки
(3)*	(3,15)*	(3) и (3,15)**	(3) и (3,15)*	-	(3,15)	(3,6)
6	6,3	6 и 6,3**	6,3 и 6,6	6 и 6,3**	6,3 и 6,6	7,2
10	10,5	10 и 10,5**	10,5 и 11	10 и 10,5**	10,5 и 11	12
20	21	20	22	20 и 21**	22	24
35	-	35	38,5	35 и 36,75	38,5	40,5
110	-	-	121	110 и 115	115 и 121	126
(150)*	-	-	(165)	(158)	(158)	(172)
220	-	-	242	220 и 230	230 и 242	252
330	-	-	347	330	330	363
500	-	-	525	500	-	525
750	-	-	787	750	-	787
1150	-	-	-	1150	-	1200

* Номинальные напряжения, указанные в скобках, для вновь проектируемых сетей не рекомендуются.

** Для трансформаторов и АТ, присоединяемых непосредственно к шинам генераторного напряжения электрических станций или к выводам генераторов.

*** В нормативно-технической документации на отдельные виды трансформаторов и АТ, утвержденной в установленном порядке, должно указываться только одно из двух значений напряжения вторичных обмоток. В особых случаях допускается применение второго напряжения, что должно специально определяться в нормативно-технической документации.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) рекомендует стандартные напряжения выше 1000 В для систем с частотой 50 Гц, указанные в табл. 2.

Таблица 2 - Номинальное напряжение сети и наибольшие рабочие напряжения электрооборудования

Наибольше рабочее напряжение электрооборудование, кВ	Номинальное напряжение электрических сетей, кВ	Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования, кВ	Номинальное напряжение электрических сетей, кВ
7,2	6,0; 6,6	145	132; 138
12	10; 11	245	220; 230
24	20; 22	363	Не установлено
36	331	420	То же
40,5	351	5252	То же
72,5	66; 69	7653	То же
123	110; 115	1200	То же

Примечания.

1. Рассматривается унификация значений.

2. Используется также 550 кВ.

3. Допускается применение напряжений в диапазоне 765–800 кВ при сохранении испытательного напряжения электрооборудования как и для 765 кВ.

Известен ряд попыток определить экономические зоны применения электропередач разных напряжений. Удовлетворительные результаты для всей шкалы номинальных напряжений в диапазоне от 35 до 1150 кВ дает эмпирическая формула, предложенная Г. А. Илларионовым:

Uэк =1000 / √(500/L + 2500/P) (1)

где L – длина линии, км,

P – передаваемая мощность, МВт.

В России получили распространение две системы напряжений электрических сетей переменного тока (110 кВ и выше): 110–330 – 750 кВ – в ОЭС Северо-Запада и частично Центра – и 110–220 – 500 кВ – в ОЭС центральных и восточных регионов страны. Для этих ОЭС в качестве следующей ступени принято напряжение 1150 кВ, введенное в ГОСТ в 1977 г. Ряд построенных участков электропередачи 1150 кВ временно работают на напряжении 500 кВ.

На нынешнем этапе развития ЕЭС России роль системообразующих сетей выполняют сети 330, 500, 750, в ряде энергосистем – 220 кВ. Первой ступенью распределительных сетей общего пользования являются сети 220, 330 и частично 500 кВ, второй ступенью – 110 и 220 кВ; затем электроэнергия распределяется по сети электро снабжения отдельных потребителей.

Условность деления сетей на системообразующие и распределительные по номинальному напряжению заключается в том, что по мере роста плотности нагрузок, мощности электростанций и охвата территории электрическими сетями увеличивается напряжение распределительной сети. Это означает, что сети, выполняющие функции системообразующих, с появлением в энергосистемах сетей более высокого напряжения постепенно «передают» им эти функции, превращаясь в распределительные. Распределительная сеть общего назначения всегда строится по ступенчатому принципу путем последовательного «наложения» сетей нескольких напряжений. Появление следующей ступени напряжения связано с ростом мощности электростанций и целесообразностью ее выдачи на более высоком напряжении. Превращение сети в распределительную приводит к сокращению длины отдельных линий за счет присоединения к сети новых ПС, а также к изменению значений и направлений потоков мощности по линиям.

При существующих плотностях электрических нагрузок и развитой сети 500 кВ отказ от классической шкалы номинальных напряжений с шагом около двух (500 / 220 / 110 кВ) и постепенным переходом к шагу шкалы около четырех (500 / 110 кВ) является техническии экономически обоснованным решением. Такая тенденция подтверждается опытом передовых в техническом отношении зарубежных стран, когда сети промежуточного напряжения (220–275 кВ) ограничиваются в своем развитии. Наиболее последовательно такая техническая политика проводится в энергосистемах Великобритании, Италии, Германии и других стран. Так, в Великобритании все шире используется трансформация 400 / 132 кВ (консервируется сеть 275 кВ), в Германии – 380 / 110 кВ (ограничивается в развитии сеть 220 кВ), в Италии – 380 / 132 кВ (консервируется сеть 150 кВ) и т. д.

Наибольшее распространение в качестве распределительных получили сети 110 кВ как в ОЭС с системой напряжений 220–500 кВ, так и 330–750 кВ. Удельный вес линий 110 кВ составляет около 70 % общей протяженности ВЛ 110 кВ и выше. На этом напряжении осуществляется электроснабжение промышленных предприятий и энергоузлов, городов, электрификация железнодорожного и трубопроводного транспорта; они являются верхней ступенью распределения электроэнергии в сельской местности. Напряжение 150 кВ получило развитие только в Кольской энергосистеме и для использования в других регионах страны не рекомендуется.

Напряжения 6–10–20–35 кВ предназначены для распределительных сетей в городах, сельской местности и на промышленных предприятиях. Преимущественное распространение имеет напряжение 10 кВ; сети 6 кВ сохраняют значительный удельный вес по протяженности, но, как правило, не развиваются и по возможности заменяются сетями 10 кВ. К этому классу примыкает имеющееся в ГОСТ напряжение 20 кВ, получившее ограниченное распространение (в одном из центральных районов г. Москвы).

Напряжение 35 кВ используется для создания ЦП сетей 10 кВ в сельской местности (реже используется трансформация 35 / 0,4 кВ).