Классификация электрических сетей

Энергетическая система и ее структура.

Энергосистема – совокупность Эл. станций Эл. и тепловых сетей соед. м/у собой и связанных общностью режима пр-ва преобразования и распределения Эл. энергии и теплоты при общем управлении этим режимрмом.

В качестве источника Эл. энергии условно показывают ТЭС.

Элементами энергосистемы являются: Котлы, турбины, и прочее,

Электромеханич: ге-ры, их сист. возбужд. т-ры, коммутационное оборудование станций.

Линии ЛЭП трнасформаторные п-ст, тепловая автоматика, тепловая защита.

Автоматичекие регуляторы: устройство релейной защиты, противоаварийная автоматика , средства диспечерского и и технологического управления.

Устройство продольной и поперечной компенсации КУ параметров ЛЭП, ист. реакт. мощн. ИРМ, синхронные компенсаторы, конденсаторные батареи, статические терристорые компенсаторы.

Классификация электрических сетей

Все электроприемники, генераторы, трансформаторы и прочие элементы электроэнергетических систем проектируются для работы в длительном нормальном режиме при определенном напряжении, при котором эти элементы обладают наиболее целесообразными технико-экономическими показателями. Эти напряжения называются номи­нальным.. В настоящее время для электрических сетей стандартизо­ваны 4 напряжения менее 1000 В (40, 220, 380 и 660 В) и 12 напряже­ний выше 1000 В (3, б, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ).

По размерам территории, охватываемой сетью,могут быть выделе­ны так называемые местные (и_ном < 35 кВ), районные (110 — 220 кВ) и региональные сети (Uном > 330 кВ).

По назначениюразличают система образующие и распределитель­ные сети. Первые осуществляют функции формирования районных энергосистем путем объединения их электростанций на параллельную работу г а также объединение РЭС и ОЭС между собой. "Распределительной" линией считается линия, питающая ряд трансформаторных подстанций или вводы к электроустановкам потребите­лей.

Наконец, местные и распределительные сети могут различаться по характеру подключаемых к ним потребителей.При этом определенную специфику имеют сети, осуществляющие электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельскохо­зяйственных районов и называемые соответственно промышленными, городскими и сельскими. Так, сельские электрические сети характери­зуются значительной протяженностью. Они охватывают территории со сравнительно невысокой плотностью нагрузки, годовое число часов использования максимума которой также относительно невелико. Промышленных предприятий характеризуются высокой степенью заполненности. В какой-то степени промежуточное положение занимают в этом плане городские сети. Сочетание коммунально-бытовых и промышленных потребителей на городских территориях обусловливает значительную неравномерность графиков нагрузок узлов городской сети. Классифици­руют сети по роду тока, по конфигурации, по отношению к помеще­нию и по конструктивному выполнению. В соответствии с родом тока различают сети переменного и постоянного тока. О первой группе речь шла выше. В дополнение следует упомянуть, что в России сети трехфазного переменного тока напряже­нием 1100 кВ и выше выполняются с глухим заземлением нейтрали, а сети более низких напряжений — с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью.

Сети постоянного токаиспользуются для обеспечения некоторых электротехнологических процессов в промышленности, например в электролизных цехах алюминиевых заводов. На постоянном токе осу­ществляется электропривод ряда механизмов и частично электрифика­ция транспорта. Протяженные электропередачи постоянного тока используются чаще всего в качестве межсистемных связей.

С точки зрения конфигурацииразличают разомкнутые и замкну­тые сети. К разомкнутым относятся сети, образованные радиальными или радиально-магистральными линиями, осуществляющие электро­снабжение потребителей от одного источника питания, причем каждый потребитель получает питание с одного направления. К числу замкну­тых относятся сети, которые обеспечивают питание потребителей не менее чем с двух сторон. Наиболее простой формой замкнутой сети является одноконтурная (кольцевая) сеть. Питающие сети, как пра­вило, являются сложнозамкнутыми, т.е. имеют большое число кон­туров.

По отношению к помещениюиногда различают внутренние и на­ружные сети. И наконец, по конструктивному выполнениюсети делят­ся на внутренние проводки (до 1000 В), кабельные (до 500 кВ) и воз­душные (до 750 — 1150 кВ) сети. Сети внутри промышленных пред­приятий иногда частично выполняются закрытыми комплектными токопроводами, прокладываемыми вдоль колонн и стен цехов на высо­те, допустимой по условиям производства. Кабельные сети 6—20 кВ в настоящее время являются основой городских и промышленных рас­пределительных сетей. Воздушные сети характерны для электроснаб­жения сельских потребителей, а также для районных и системообразу-ющих сетей. Конструктивные элементы воздушных и кабельных сетей рассматриваются в следующих двух главах.

Основные элементы ВЛ.

Воздушными линиями электрических сетей называются линии электропередачи, расположенные на открытом воздухе. Основ. элементами ВЛ являются опоры, провода, грозозащитные тросы, изоляторы и линейная арматура. Провода ВЛ предназначены для передачи электроэнергии. Изоляторы ВЛ предназначены для изоляции и крепления проводов. Опоры ВЛ-конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой или как.-либо сооружением. ВЛ 110 (35) кВ и более выс. Напряжений на металлич-х и железобет-х опорах и часть линий на деревянных опорах сооруж-ся с грозозащит. тросами. Конструктивная часть ВЛ в целом характеризуется номинальным напряжением, длинами промежуточ. и анкерного пролетов, типами опор, марками проводов и грозозащит. тросов. Длиной промежуточ. пролета линии называется измеренное по горизонтали расстояние между соседними опорами. Анкерным пролетом наз-ся участок линии, ограниченный двумя опорами анкерного типа. Расстояние от низшей точки провода до прямой, соединяющей соответствующие точки подвеса, называется стрелой провеса првода. Наименьшее расстояние от низшей точки проводов до земли, воды или сооружений устанавливается нормами по условиям безопасности (6-8м) зависят от ном-го напр-я электропередачи, от местности пересекаемой линией. Все конструктив. элементы ВЛ должны быть устойчивыми к механическим воздействиям: 1.силам веса всех частей ВЛ, веса гололедных отложений на проводах, опорах;2.давления ветра;3.тяжения по проводам и тросам. Также надо учитывать: сезонные изменения температуры воздуха; хим. и электрохим. воздействия кислорода, влаги, др. хим элементов (соли, щелочи, кислот).

4. Провода воздушных линий.

Провода предназначены для передачи электроэнергии. Наряду с хорошей электропроводностью (возможно меньшим электрическим сопротивлением), достаточной механической прочностью и устойчивости против коррозии, они должны удовлетворять условиям экономичности. С этой целью применяют провода из наиболее дешевых металлов – алюминия, стали, специальных сплавов алюминия. Хотя медь обладает наибольшей проводимостью, медные провода из-за высокой стоимости и необходимости для других целей в новых линиях не используются. Их использование допускается в контактных сетях, в сетях горных предприятий. Алюминий, медь и их сплавы применяются в виде холоднотянутой проволоки, обладающей достаточной механической прочностью.

Холоднотянутая алюминиевая проволока имеет удельное активное сопротивление 29,5—31,5 Ом-мм²/км; ее предельное сопротивление на разрыв относительно мало: 150—160 МПа. Алюминиевые проволоки имеют низкий предел напряжения усталости и потому подвержены изломам при вибрации проводов. Стойкость алюминиевых проводов к химическому воздействию высока благодаря прочной пленке окиси алюминия, покрывающей проволоку. В сталеалюминевых проводах развивается электрохимическая коррозия Al-я в присутствии стали, если в воздухе содержатся соединения Сl.

Холоднотянутая медная проволока имеет удельное активное сопро­тивление 17,8—18,5 Ом-мм²/км и предельное сопротивление на разрыв 350—360 МПа. Медь не ломка и не хрупка. Поверхностная пленка оки­си меди обладает высокой механической и химической прочностью и достаточно надежно защищает провод от дальнейших коррозионных и химических воздействий. Таким образом, по ряду показателей медь является очень хорошим материалом для изготовления проводов.

В предшествующий период на воздушных линиях 380 В — 10 кВ применялись стальные провода. В настоящее время такие провода не применяются, так как они обладают существенно большими активны­ми сопротивлениями, что приводит к столь же повышенным потерям мощности, электроэнергии и напряжения в линиях. К недостаткам стальных проводов относится и их повышенная коррозионность в природных условиях. Сталь высокой прочности применяется для выполнения стальных сердечников сталеалюминевых проводов, а также грозозащитных тросов линий 110—220 кВ.

По конструкциям проводов воздушных линий различаются однопроволочные и многопроволочные из одного металла, а также многопроволочные из двух металлов.

Однопроволочные провода разрешается применять только на линиях напряжением до 1000 В. Все линии более высоких номинальных напряжений сооружаются с многопроволочными прово­дами. Основными преимуществами применения, многопроволочных проводов являются большая надежность в эксплуатации, большая гибкость.

Рис. Конструкции неизолированных проводов воздушных линий.

Конструкция многопроволочных проводов из двух металлов создана с целью сочетания высокой механической прочности стальных проволок сердечника с хорошей электрической проводи­мостью менее прочных проволок наружных повивов. Из проводов такого типа наибольшее распространение получили сталеалюминевые провода, которые широко применяются в мировой практике благодаря их относительно невысокой стоимости и хорошим механическим и электропроводящим свойствам.

На поверхности проводов линий 220 кВ и более высоких напряже­ний могут возникать высокие напряженности электрического поля, приводящие к непосредственному электрическому разряду "про­вод—воздух". Одним из основных способов снижения напряженности поля на проводах линий является искусст­венное повышение диаметра провода сверх того, которое требуется для экономически целесообразной передачи электроэнергии (по площади поперечного сечения токоведущей части провода). Повышение диаметров проводов без повышения расходования проводникового материала может осуществляться применением проводов с наполните­лем из диэлектрика.

Маркируются провода по материалу токоведущей части провода и площади ее поперечного сечения, а для сталеалюминевых проводов указывается также и площадь сечения стального сердечника, например М50, А95, АС240/32.

ОПОРЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

Опоры воздушных линий предназначены для подвески проводов на необходимой высоте над поверхностью земли или над пересекаемыми линией техническими сооружениями (шоссе, железные дороги, иные линии электропередачи и др.).

Опоры классифицируются по ряду признаков, основные из кото­рых — материал опоры, количество трехфазных линий, провода кото­рых подвешены на опоре, основное назначение опоры в составе линии (тип опоры), а также способ обеспечения устойчивого вертикального положения опоры.

Опоры выполняются из металла, железобетона и древесины. Мате­риал для изготовления опор для той или иной линии выбирается на основании технико-экономических сопоставительных расчетов с учетом конкретных экономических условий сооружения и эксплуатации линий в рассматриваемом районе.

В настоящее время воздушные линии сооружаются преимуществен­но со стальными или железобетонными опорами, которые тлеют зна­чительные сроки службы. Металлические опорыполучили широкое распространение ввиду высокой механической прочности металлов, значительного срока их службы, возможности создания опор практически любой конструкции, высоты и прочности. К недостаткам металлических опор относятся их высокая стоимость, большая масса и в некоторых случаях сложность доставки их частей на трассу линии. основным недостатком этого материала является подверженность коррозии. Поэтому приходится принимать меры для предотвращения окисления их поверхности. До недавнего времени это осуществлялось покрытием поверхности стальных опор битумными лаками с последующей окраской. Современным методом является заводская горячая оцинковка всех стальных изделий или частей опоры.

Железобетонные опоры изготовляются со стойками из железобетона и со стальными (оцинкованными) или реже с железобетонными травер­сами. Железобетонные части таких опор имеют продольную и попе­речную стальную арматуру. К их отрицательным качествам относятся большая масса, относительная хрупкость поверхности бетона, а также пониженная прочность деталей на поперечный изгиб.

Последнее обус­ловливает целесообразность изготовления железобетонных частей опор с предварительно напряженной (растянутой) арматурой.

Деревянные опоры применяются на линиях электропередачи из-за относительно невысокой их стоимости в тех районах, где проводятся большие разработки лесных массивов, и в прилегающих к ним зонах. Эти опоры просты в сборке и замене их частей в эксплуатации, легка и транспортировка частей опор. Опоры изготовляются из сосны, лист­венницы, реже из ели. Основными недостатками деревянных опор являются подверженность древесины

Совре­менное и перспективное применение деревянных опор предполагает использование просушенных и специализированно пропитанных пило­материалов, клееной фанеры, а также и покрытие поверхности древе­сины синтетическими пленками и т.п.

По назначению различаются следующие основные типы опор: про­межуточные, анкерные и анкерные-угловые.

Промежуточные опоры предназначены для поддержа­ния проводов в нормальных режимах работы линий, когда действуют вертикальные силы веса всех элементов линии и гололедных отложе­ний на них, а также давление ветра. Анкерные опоры в нормальных режимах работы линии выполняют те же функции, что и промежуточные. Но эти опоры рас­считываются также и на восприятие значительных тяжений по прово­дам и тросам, возникающих при обрыве части из них в промежуточ­ном пролете, а также при монтаже проводов и тросов. При этом анкер­ные опоры не должны деформироваться, в связи с чем они выполняются в форме пространственных ферм, а также с применением растя­жек. Концевые опоры пред­назначены для восприятия одностороннего действия всех сил, обуслов­ленных проводами линий, что позволяет конструкции распредели­тельных устройств не рассчитывать на действие указанных сил.