Основна частина

1.Класифікація електричних мереж

Електричні мережі класифікуються:

• за родом струму;

• за номінальною напругою;

• за конструктивним виконанням;

• за розташуванням;

• за конфігурацією;

• за ступенем резервування;

• за виконуючими функціями;

• за характером споживачів;

• за призначенням в схемі електропостачання;

• за режимом роботи нейтралі.

За родом струму розрізняють мережі змінного і постійного струму. Основне поширення отримали мережі трьохфазного змінного струму.

Однофазними виконуються внутрішньоквартирні мережі. Вони виконуються як відгалуження від трьохфазної чотирьохпровідної мережі.

Мережі постійного струму виконуються у промисловості (електричні печі, електролізні цеха) і для живлення міського електротранспорту.

Постійний струм використовується для передачі енергії на великі відстані. Але, на постійному струмі працює тільки ЛЕП: на початку і в кінці ЛЕП будуються спеціальні підстанції, на яких відбувається перетворення змінного струму в постійний і навпаки. Використання постійного струму забезпечує стійку паралельну роботу генераторів ЕС.

Постійний струм використовується для організації зв`язку електроенергетичних систем. При цьому відхилення частоти в кожній системі практично не відображається на потужностях передачі струму.

Існують передачі пульсуючого струму. В них електроенергія передається по загальній лінії одночасно змінним и постійним струмами. У такій передачі збільшується пропускна здатність по відношенню до ЛЕП змінного струму і полегшується відбір потужності в порівнянні з ЛЕП постійного струму.

За напругою згідно ДСТУ мережі поділяються на мережі із напругою до 1000 В та з напругою більше 1000 В.

В літературі зустрічаються і такі поділи:

• мережі низьких напруг (220 – 660 В);

• мережі середніх напруг (6 – 35 кВ);

• мережі високих напруг (110 – 220 кВ);

• мережі надвисоких напруг (330 – 750 кВ);

• мережі ультрависоких напруг (більше 1000 кВ).

За конструктивним використанням розрізняють повітряні і кабельні мережі проводки і електропроводки.

Електропровід - це пристрій для передачі і розподілу електроенергії, яка використовується на промислових підприємствах. Складається із ізольованих або неізольованих провідників, ізоляторів, захисних оболонок та опорних конструкцій.

Електропроводки призначені для облаштування мереж у спорудах.

За розміщенням мережі діляться на зовнішні і внутрішні. Зовнішні виконуються неізольованими (голими) проводами і кабелями. Внутрішні - ізольованими проводами.

За конфігурацією мережі діляться на розімкнуті (див. рис. 2.2) і замкнуті (див. рис. 2.1).

Розімкнені працюють від одного джерела живлення і передають електрострум до споживачів тільки в одному напрямку

В замкнутих мережах електроприймачі отримують як найменше з двух сторін. Розрізняють прості замкнуті системи і складнозамкнуті. Прості замкнуті мережі мають один замкнутий контур, а складнозамкнуті - кілька. До простих замкнутих мереж відносяться кільцева і мережа з двохстороннім живленням.

За ступенем резервування мережі діляться на нерезервувальні та резервувальні. Замкнуті мережі завжди резервовані, тому що при відключені ЛЕП або іншого джерела живлення ні один із споживачів не втратить живлення. Магістральні мережі, виконуються одним ланцюгом, являються нерезервувальними, так як частина або всі споживачі втрачають живлення в залежності від місця пошкодження і місця пошкодження установки комутаційної апаратури. Магістральні мережі, виконуються двома ланцюгами, являються резервованими.

За виконуючими функціями розрізняють системогенеруючі, мережі що живлять і розподільні мережі.

Системогенеруючі мережі - це мережі напругою 330 кВ і більше. Виконують функцію формування енергосистем, об`єднання потужніх ЕС та забезпечення їх функціонування як єдиного об`єкта управління. Ці мережі характеризуються великим радіусом захвату, значними нагрузками. Мережі виконуються по складнозамкнутим багатоконтурним схемам з кількома ІП.

Мережі що живлять, розраховані для передачі електроенергії від підстанцій системогенеруючої мережі і від шин 110 - 220 кВ ЕС до районних підстанцій. Живлячі мережі зазвичай замкнуті. Їх напруга - 110 - 220 кВ.

Розподільна мережа призначена для передачі електроенергії на невеликі відстані від шин найнижчої напруги районних ПС до споживачів. Такі мережі виконуються по розімкнутим схемам. Розрізняють розподільні мережі високої напруги (більше 1000 В) і низької (до 1000В).

За характером споживання діляться на міські, промислові та сільські.

Міські мережі характеризуються високою плотністю електричних нагрузок (до 12 МВ·А/км²) і великою кількістю різнорідних споживачів.

До промислових відносяться мережі промислових підприємств. Вони діляться на мережі зовнішнього і внутрішнього живлення. Напруга залежить від близькості до ПС. Якщо вона розташована поблизу підприємств, то напруга зовнішнього електропостачання - 6 - 10 кВ, а внутрішнього - до 1000 В. Якщо ПС, що живить розташована далеко, то напруга зовнішнього електропостачання збільшується. Для промислових мереж існує поняття “глибокого введення”, коли висока напруга (220 –330 кВ) заводиться на територію заводу, минаючи допоміжні трансформації. В цьому випадку в схемі внутрішнього електропостачання використовується напруга 6 – 35 кВ.

Сільські мережі - напругою 0,4 – 110 кВ. Вони призначені для живлення невеликих населених пунктів, сільськогосподарських підприємств. Відрізняються великою протяжністю малою плотністю нагрузки (до 15 кВ·А/км²). Сільські мережі виконуються, в основному, повітряними ЛЕП по розімкнутим схемам.

За призначенням в схемі електропостачання мережі діляться на місцеві і районні.

Місцеві мережі охоплюють площі радіусом до 30 км. Вони мають малу плотність нагрузки і напругу до 35 кВ включно. Це сільські, комунальні і фабрично-заводскі мережі. До місцевих глибокі введення” напругою 110 кВ.

Районні займають великі райони і мають напругу 110 кВ і більше. По районним здійснюється передача електроенергії від ЕС в месця її споживання. До районних відносять основні мережі системи, магістральні ЛЕП внутрішньосистемного зв`язку та міжсистемного.

За режимом роботи нейтралі системи діляться:

• на мережі з ізольованою нейтраллю;

• на мережі з компенсованою нейтраллю;

• на мережі з ефективно-заземленою нейтраллю;

• на мережі з глухозаземленою нейтраллю.

Режим работи нейтралі визначається способом з`єднання нейтралі з землею. В мережах з ізольованою нейтраллю електроустановки не мають зв`язку із землею. В мережах з компенсованою нейтраллю має місце зв`язок через дугогасну катушку. В мережах з глухозаземленою нейтраллю - безпосередній зв`язок з землею. В ефективно-заземленій нейтралі – частина нейтралей трансформаторів заземлена, інша - ні (в нейтраль включені роз`єднувач і розрядник).

Вибір режима работи нейтралі в мережі до 1000 В визначається безпечністю робіт. В мережі більше 1000 В – двома причинами:

• вартістю ізоляції обладнання;

• величиною струмів однофазного короткого замикання в землю.

У відповідності з “Правилами облаштування електроустановок” електроуста-новки до 1000 В працюють або з глухозаземленною, або з ізольованою нейт-раллю.

В першому випадку маємо чотирьохпровідну мережу. Замикання любої фази в землю приводить до короткого замикання в мережі (струм пошкодження великий). Запобіжник фази перегорає, а дві інші фази залишаються в роботі при фазній напрузі.

В іншому випадку маємо трьох провідну мережу. В такій мережі замикання фази на землю не приводить до значного росту мережі в місці пошкодження, фаза не відключається. Фазна напруга в непошкоджених фазах зростає до лінійних значень, тобто збільшуються в рази.

В обох випадках ізоляція розраховується на лінійну напругу.

Мережі напругою 6 - 35 кВ вважаються мережами з малим струмом замикання в землю (до 500 А). Вони працюють з ізольованою або з компенсованою нейтраллю.

В мережі з ізольованою нейтраллю при доторканні фази із землею напруга фази дорівнює нулю, а в інших фазах зростає до лінійного значення (див. рис. 2.1 а). Тому ізоляція повинна бути розрахована на лінійну напругу. Енергоємкістний струм у пошкодженій фазі дорівнює нулю, а в непошкоджених фазах збільшується в рази (див. рис. 2.1 б). Сумарний ємкісний струм, дорівнює 3 I₀, буде протікати через місце замикання фази в землю джерела живлення. Якщо величина цього струму в мережі 6 - 10 кВ перебільшує 30 А, а в мережі 35 кВ - 10 А, то в нейтраль трансформаторів необхідно включити дугогасну катушку. Її індуктивний струм складає з ємкістним струмом замикання в землю, який може бути скомпенсованим частково чи повністю.

Сети 6 – 35 кВ не потребують негайного відключення і можуть працювати кілька годин. Але пошкодження можна виявити тільки при почерговому відключенні споживачів.

Мережі напругою 110 кВ і більше вважаються мережами з великими напругами і струмом замикання в землю (більше 500 А). Вони не можуть працювати з ізольованою нейтраллю, так як ізоляція в цьому випадку повинна розраховуватись на лінійну напру. А це дорого. Мережі працюють із заземленою нейтраллю. При цьому струм однофазного короткого замикання може перебільшувати трьохфазний к.з. В цьому випадку комутаційна апаратура повинна вибиратися по більшому струму, тобто о днофазному.

В місці пошкодження в таких мережах виникає електрична дуга с більшим струмом. Дуга гаситься при відключенні пошкодження. Так як більшіть к.з. являються самоліквідними, то для перевірки лінія включається знову під впливом АПВ. Якщо к.з. самоліквідувались, то ЛЕП залишається в роботі, якщо ні, то пошкодження відключається знову. В перехідному режимі і при комутаціях в мережі виникають внутршні перенапруги. Величина перенапруги впливає на вибір ізоляції. Величину перенапруження стараються обмежити. Для цього заземляють нейтралі обладнання. Але чим більше заземлених нейтралей, тим менша величина перенапруження, але тим більше величина струму однофазного к.з.

В мережах 110 кВ роблять наступним чином. Частину нейтралей розземляють, щоб величина струмів однофазного к.з. не перевищувала величину струмів трьохфазного к.з. Заземляють нейтралі трансформаторів на електростанціях, вузлових підстанціях і на тупикових споживчих підстанціях. Напруга на непошкоджених фазах по відношенню до землі в установлених режимах не має бути більше 0,8 U_ном (лінійного). Такі називаються мережами з ефективно-заземленою нейтраллю.

В мережах 220 кВ і більше застосовують глухе заземлення нейтралі всіх трансформаторів. В цьому напруга на пошкоджених фазах по відношенню до землі в установленому режимі не перевищує фазне. Комутаційна апаратура вибирається по більшому струму короткого замикання.