Распределительные сети электрической энергии: характеристики, классификации и схемы

Классификация электрических сетей по роду тока

По роду тока электрические сети традиционно разделяют на два вида – сети переменного и постоянного тока.

Наиболее распространёнными являются сети переменного тока. Постоянный ток наиболее часто применяют для питания электрифицированного транспорта, под него и сооружают линии электроснабжения постоянным током. В некоторых отдельных случаях на промышленных предприятиях возникает необходимость в построении систем электропитания постоянным током, например, для электролиза растворов или электрометаллургии, а также при наличии электроприводов постоянного тока.

В последнее время все больший интерес проектировщиков вызывают высоковольтные линии электропередачи постоянного тока (HVDC), активно применяемы для передачи электроэнергии от электростанций альтернативной энергетики. Плюс таких систем в их большей экономичности, возможности параллельной работы с различными линиями постоянного тока (например, линии электропередач переменного тока с частотами 50 Гц и 60 Гц невозможно запустить на параллельную работу), а также в отсутствии необходимости синхронизации частот ЛЭП.

Классификация ЛЭП

По тем же правилам МПТЭЭП производится разделение ЛЭП на воздушные и кабельные. Но необходимо отметить, что по линиям электропередач производится также передача высокочастотных сигналов, которые используются для передачи телеметрических данных, для диспетчерского управления различными отраслями, для сигналов противоаварийной автоматики и релейной защиты. Как утверждает статистика, 60000 высокочастотных каналов сегодня проходят по линиям электропередач. Скажем прямо, показатель значительный.

Классификация электрических сетей по величине напряжения

По напряжению электрические сети делят классически на два вида – до 1000 В и выше 1000 В. Для избегания путаниц и удобства эксплуатации серийных электротехнических изделий в установках переменного тока приняты следующие стандарты напряжений:

• До 1000 В – 127 В, 220 В, 380 В, 660 В;
• Выше 1000 В – 3 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 20 кВ, 35 кВ, 110 кВ, 150 кВ, 220 кВ, 330 кВ, 500 кВ, 750 кВ;

По условиям нормальной эксплуатации электроприемники, в зависимости от назначения, допускают строго ограниченные отклонения напряжения от его номинального значения. Для поддержания напряжений на заданном уровне нужно компенсировать его потерю в трансформаторах. Именно для этой цели номинальные напряжения генераторов, а также вторичных обмоток трансформаторов имеют номиналы на 5% больше чем электроприемники.

Для сетей местного освещения могут применять малые напряжения, а именно 12 В, 24 В, 36 В.

Элементы воздушной ЛЭП

Между специалистами всегда происходят разговоры, в которых применяются специальные термины, касающиеся линий электропередач. Непосвященному в тонкости сленга понять этот разговор достаточно сложно. Поэтому предлагаем расшифровку этих терминов.

• Трасса – это ось прокладки ЛЭП, которая проходит по поверхности земли.
• ПК – пикеты. По сути, это отрезки трассы ЛЭП. Их длина зависит от рельефа местности и от номинального напряжения трассы. Нулевой пикет – это начало трассы.
• Строительство опоры обозначается центровым знаком. Это центр установки опоры.
• Пикетаж – по сути, это простая установка пикетов.
• Пролет – это расстояние между опорами, а точнее, между их центрами.
• Стрела провеса – это дельта между самой низшей точкой провеса провода и строго натянутой линией между опорами.
• Габарит провода – это опять-таки расстояние между самой низшей точкой провеса и самой высшей точкой пролегаемых под проводами инженерных сооружений.
• Петля или шлейф. Это часть провода, которая соединяет на анкерной опоре провода соседних пролетов.

Классификация электрических сетей по назначению

По назначению сети электрические делят на распределительные и питающие.

Питающая линия – это линия, осуществляющая питание подстанции (П) или распределительного пункта (РП) от центра питания (ЦП) без распределения электрической энергии по ее длине.

Распределительная линия – линия, осуществляющая питание ряда трансформаторных подстанций от РП или ЦП.

В сетях напряжением до 1000 В питающими линиями называют линии идущие от трансформаторных подстанций к распределительным щитам или пунктам, а распределительными называют линии, которые идут непосредственно от распределительных щитов или пунктов к электроприемникам.

Ниже показана схема распределения высокого напряжения с наличием питающей и распределительной сети (а)) и только распределительной (б)):

Сети высокого напряжения сооружают в случаях отдаленности на довольно большое расстояние источника напряжения или большого количества трансформаторных подстанций, которые значительно отдалены друг от друга, например, при электроснабжении крупных промышленных предприятий или городов.

Особенности демонтажа электрического оборудования

Работы, связанные с демонтированием электрического оборудования, относятся к повышенной степени опасности. Такие работы выполняют при поломке, выходе из строя изделий или при замене морально устаревшего оборудования на более современные образцы. Электромонтажник должен иметь допуск к работе под напряжением и с электрическим оборудованием. Он должен уметь пользоваться специальным оборудованием, инструментом и контрольно-измерительными приборами.

Работы выполняются в следующей последовательности:

1. отсоединяют изделие от источника питания;
2. отсоединяют от заземляющего контура;
3. снимают с основания, открутив элементы крепежа.

Технология демонтажа, как и монтажа, зависит от конструкции электрооборудования. Обычно указания по демонтажу электрооборудования указаны в инструкции по эксплуатации, которую производитель прикладывает к изделию, и которую предприятие или учреждение, должны хранить до списания с баланса.

Классификация электрических сетей по принципу построения

По принципу построения подразделяют электрические сети на замкнутые и разомкнутые.

Разомкнутая сеть – это совокупность разомкнутых линий получающих питание от одного общего источника питания ИП с одной стороны (рисунок ниже):

Ее главным недостатком можно назвать прекращения питания всех электроприемников участка, на котором произошло отключение при обрыве линии.

В замкнутой системе все наоборот — питание поступает от двух источников ИП и при обрыве магистрали в любом месте питание электроприемников не прекратится. Ниже показана простейшая схема замкнутой сети:

Например, в случае обрыва магистрали в точке К электроприемники 1,2,3,4 будут получать питание по верхней магистрали, а 5,6,7,8 по нижней. В зависимости от требований надежности электроснабжения замкнутые системы могут иметь один и более источников питания. Ниже показан пример схемы с двухсторонним питанием:

Воздушные ЛЭП

Воздушные линии электропередач, их обычно обозначают буквами «ВЛ» – это устройства, которые располагаются на открытом воздухе. То есть, сами провода прокладываются по воздуху и закрепляются на специальной арматуре (кронштейны, изоляторы). При этом их установка может проводиться и по столбам, и по мостам, и по путепроводам. Не обязательно считать «ВЛ» те линии, которые проложены только по высоковольтным столбам.

Что входит в состав воздушных линий электропередач:

• Основное – это провода.
• Траверсы, с помощью которых создаются условия невозможности соприкосновения проводов с другими элементами опор.
• Изоляторы.
• Сами опоры.
• Контур заземления.
• Молниеотводчики.
• Разрядники.

То есть, линия электропередач – это не просто провода и опоры, как видите, это достаточно внушительный список различных элементов, каждый из которых несет свои определенные нагрузки. Сюда же можно добавить оптоволоконные кабели, и вспомогательное к ним оборудование. Конечно, если по опорам ЛЭП проводятся высокочастотные каналы связи.

Строительство ЛЭП, а также ее проектирование, плюс конструктивные особенности опор определяются правилами устройства электроустановок, то есть ПУЭ, а также различными строительными правилами и нормами, то есть СНиП. Вообще, строительство линий электропередач – дело непростое и очень ответственное. Поэтому их возведением занимаются специализированные организации и компании, где в штате есть высококвалифицированные специалисты.

Модели опор Шатурского типа УМ-103г

Кабельные ЛЭП

Далее мы переходим к рассмотрению такого понятия, как кабельные линии электропередач. Начнем с того, что это не голые провода, которые используются в воздушных линиях электропередач, это закрытые в изоляцию кабели. Обычно кабельные ЛЭП представляют собой несколько линий, установленные рядом друг с другом в параллельном направлении. Длины кабеля для этого бывает недостаточно, поэтому между участками устанавливаются соединительные муфты. Кстати, нередко можно встретить кабельные линии электропередач с маслонаполнением, поэтому такие сети часто укомплектовываются специальной малонаполнительной аппаратурой и системой сигнализации, которая реагирует на давление масла внутри кабеля.

Если говорить о классификации кабельных линий, то они идентичны классификации линий воздушных. Отличительные особенности есть, но их не так много. В основном эти две категории отличаются между собой способом прокладки, а также конструктивными особенностями. К примеру, по типу прокладки кабельные ЛЭП делятся на подземные, подводные и по сооружениям.

Две первые позиции понятны, а что относится к позиции «по сооружениям»?

• Кабельные туннели. Это специальные закрытые коридоры, в которых производится прокладка кабеля по установленным опорным конструкциям. В таких туннелях можно свободно ходить, проводя монтаж, ремонт и обслуживание электролинии.
• Кабельные каналы. Чаще всего они являются заглубленными или частично заглубленными каналами. Их прокладка может производиться в земле, под напольным основанием, под перекрытиями. Это небольшие каналы, в которых ходить невозможно. Чтобы проверить или установить кабель, придется демонтировать перекрытие.
• Кабельная шахта. Это вертикальный коридор с прямоугольным сечением. Шахта может быть проходной, то есть, с возможностью помещаться в нее человеку, для чего она снабжается лестницей. Или непроходной. В данном случае добраться до кабельной линии можно, только сняв одну из стенок сооружения.
• Кабельный этаж. Это техническое пространство, обычно высотою 1,8 м, оснащенное снизу и сверху плитами перекрытия.
• Укладывать кабельные линии электропередач можно и в зазор между плитами перекрытия и полом помещения.
• Блок для кабеля – это сложное сооружение, состоящее из труб прокладки и нескольких колодцев.
• Камера – это подземное сооружение, закрытое сверху железобетонной или плитой. В такой камере производится соединение муфтами участков кабельной ЛЭП.
• Эстакада – это горизонтальное или наклонное сооружение открытого типа. Она может быть надземной или наземной, проходной или непроходной.
• Галерея – это практически то же самое, что и эстакада, только закрытого типа.

И последняя классификация в кабельных ЛЭП – это тип изоляции. В принципе, основных видов два: твердая изоляция и жидкостная. К первой относятся изоляционные оплетки из полимеров (поливинилхлорид, сшитый полиэтилен, этилен-пропиленовая резина), а также другие виды, к примеру, промасленная бумага, резино-бумажная оплетка. К жидкостным изоляторам относится нефтяное масло. Есть и другие виды изоляции, к примеру, специальными газами или другими видами твердых материалов. Но их используют сегодня очень редко.

Постоянный ток

Вторым способом передачи электрического тока потребителю, является постоянный ток. Подобный ток является выпрямленным. Он встречается в аккумуляторах, батарейках, зарядных устройствах. Такой ток и сейчас подается потребителям некоторых стран, но в очень малых количествах. Его вырабатывают солнечные батареи. Постоянный ток можно подавать по действующим ЛЭП и подземным кабелям. Плюсы такой передачи, следующие:

1. С расстоянием нет потери мощности. Не придется завышать напряжение на электростанции.
2. Статическая устойчивость не оказывает влияния на передачу и распределение.
3. Не требуется настраивать частотную синхронизацию.
4. Напряжение можно передать всего по одной линии с одним контактным проводом.
5. Нет влияния электромагнитного излучения.
6. Минимальная реактивная мощность.

Постоянный ток для потребителя не подается только по причине огромной себестоимости оборудования для электростанций.

Проводимость электрического тока и процент завышения в начале передачи, во многом зависят от сопротивления самой ЛЭП. Снизить сопротивление, — а тем самым нагрузку — можно при помощи охлаждения до сверхнизкой температуры. Это помогло бы увеличить расстояние для передачи энергии и существенно снизить потери. Сегодня нет технологии занижения температуры линии электропередачи. Такая технология является крайне дорогой и требует больших изменений в конструкции. Но в регионах крайнего севера этот способ вполне работает и намного занижает процент передачи мощностей и потери от расстояния.