סיווג רשתות חשמל

רשתות חשמל מסווגות לפי מספר אינדיקטורים המאפיינים הן את הרשת כולה והן קווי תמסורת בודדים (PTL).

מטבעו של הזרם

רשתות AC ו-DC נבדלות על ידי זרם.

תלת פאזי AC 50 הרץ יש מספר יתרונות על פני DC:

• היכולת להפוך ממתח אחד למשנהו בטווח רחב;

• היכולת להעביר כוחות גדולים למרחקים ארוכים, אשר מושגת. זה מושג על ידי הפיכת המתח של הגנרטורים למתח גבוה יותר להעברת חשמל לאורך הקו והמרת המתח הגבוה בחזרה למתח נמוך בנקודת הקליטה. בשיטה זו של העברת כוח, ההפסדים בקו מצטמצמים מכיוון שהם תלויים בזרם בקו, והזרם עבור אותו הספק קטן יותר, ככל שהמתח גבוה יותר;

• עם זרם חילופין תלת פאזי, הבנייה של מנועים חשמליים אסינכרוניים היא פשוטה ואמינה (ללא אספן). גם בניית אלטרנטור סינכרוני פשוטה יותר מגנרטור DC (ללא קולט וכו');

החסרונות של AC הם:

• הצורך לייצר כוח תגובתי, הדרוש בעיקר ליצירת שדות מגנטיים של שנאים ומנועים חשמליים. דלק (ב-TPP) ומים (ב-HPP) אינם נצרכים ליצירת אנרגיה תגובתית, אך הזרם התגובתי (הזרם הממגנט) הזורם בקווים ובפיתולי השנאים הוא חסר תועלת (במובן של שימוש בקווים להעברת אנרגיה פעילה) הוא מעמיס עליהם יתר על המידה, גורם לאובדן הספק פעיל בהם ומגביל את ההספק הפעיל המועבר. היחס בין הספק תגובתי להספק פעיל מאפיין את גורם ההספק של המתקן (ככל שמקדם ההספק נמוך יותר, כך נעשה שימוש גרוע יותר ברשתות החשמל);

• בנקאי קבלים או מפצים סינכרוניים משמשים לעתים קרובות להגדלת גורם ההספק, מה שמייקר את התקנות AC;

• העברת הספקים גדולים מאוד למרחקים ארוכים מוגבלת על ידי יציבות הפעולה המקבילה של מערכות החשמל שביניהן מועבר הכוח.

היתרונות של זרם ישר כוללים:

• היעדר רכיב זרם תגובתי (אפשרי שימוש מלא בקווים);

• התאמה נוחה וחלקה בטווח רחב של מספר הסיבובים של מנועי DC;

• מומנט התנעה גבוה במנועים טוריים, אשר מצאו שימוש נרחב במתיחה חשמלית ובמנופים;

• אפשרות של אלקטרוליזה וכו'.

החסרונות העיקריים של DC הם:

• חוסר אפשרות המרה באמצעים פשוטים של זרם ישר ממתח אחד למשנהו;

• חוסר האפשרות ליצור מחוללי זרם ישר במתח גבוה (HV) להעברת כוח למרחקים ארוכים יחסית;

• הקושי להשיג זרם ישר HV: לשם כך יש צורך לתקן את זרם החילופין של המתח הגבוה ולאחר מכן בנקודת הקליטה להפוך אותו לזרם חילופין תלת פאזי. היישום העיקרי נגזר מרשתות זרם חילופין תלת פאזי. עם מספר רב של מקלטי חשמל חד פאזיים, ענפים חד פאזיים עשויים מרשת תלת פאזית. היתרונות של מערכת AC תלת פאזית הם:

• השימוש במערכת תלת פאזית ליצירת שדה מגנטי מסתובב מאפשר ליישם מנועים חשמליים פשוטים;

• במערכת תלת פאזית, אובדן החשמל קטן יותר מאשר במערכת חד פאזית. ההוכחה לאמירה זו מובאת בטבלה 1.

טבלה 1. השוואה בין מערכת תלת פאזית (תלת חוטים) עם חד פאזית (דו חוטית)

כפי שניתן לראות מהטבלה (שורות 5 ו-6), dP1= 2dP3 ו-dQ1= 2dQ3, כלומר. הפסדי הספק במערכת חד פאזית באותו הספק S ומתח U גדולים פי שניים. עם זאת, במערכת חד פאזית יש שני חוטים, ובמערכת תלת פאזית - שלושה.

על מנת שצריכת המתכת תהיה זהה, יש צורך להפחית פי 1.5 את חתך המוליכים של הקו התלת פאזי לעומת הקו החד פאזי. אותו מספר פעמים תהיה התנגדות גדולה יותר, כלומר. R3= 1.5R1... בהחלפת ערך זה בביטוי עבור dP3, נקבל dP3 = (1.5S2/ U2) R1, כלומר. הפסדי חשמל פעילים בקו חד פאזי הם פי 2/1.5 = פי 1.33 מאשר בקו תלת פאזי.

שימוש ב-DC

רשתות DC בנויות להפעלת מפעלים תעשייתיים (סדנאות אלקטרוליזה, תנורים חשמליים וכו'), תחבורה חשמלית עירונית (חשמלית, טרוליבוס, רכבת תחתית). לפרטים נוספים ראה כאן: היכן ואיך משתמשים ב-DC

חשמול של תחבורה רכבת מתבצעת הן בזרם ישר והן בזרם חילופין.

זרם ישר משמש גם להעברת אנרגיה למרחקים ארוכים, שכן השימוש בזרם חילופין לצורך כך קשור לקושי להבטיח פעולה מקבילה יציבה של מחוללי תחנות כוח. אולם במקרה זה פועל רק קו הולכה על זרם ישר, שבקצה האספקה ​​שלו מומר זרם החילופין לזרם ישר, ובקצה המקבל מתהפך הזרם הישר לזרם חילופין.

זרם ישר יכול לשמש ברשתות שידור עם זרם חילופין כדי לארגן את החיבור של שתי מערכות חשמליות בצורה של זרם ישר - שידור של אנרגיה קבועה באורך אפס, כאשר שתי מערכות חשמליות מחוברות זו לזו דרך בלוק מיישר-שנאי. יחד עם זאת, סטיות תדר בכל אחת ממערכות החשמל אינן משפיעות למעשה על ההספק המועבר.

מחקר ופיתוח מתבצעים כיום על העברת כוח זרם פועם, כאשר הכוח מועבר בו זמנית על ידי זרם חילופין וזרם ישר על גבי קו מתח משותף. במקרה זה, הכוונה היא להטיל על כל שלושת השלבים של קו ההולכה AC מתח קבוע כלשהו ביחס לאדמה, שנוצר באמצעות התקנות שנאים בקצוות קו ההולכה.

שיטת הולכת חשמל זו מאפשרת שימוש טוב יותר בבידוד קווי החשמל ומגבירה את כושר הנשיאה שלו בהשוואה להולכת זרם חילופין, וכן מקלה על בחירת הכוח מקווי החשמל בהשוואה להולכת זרם ישר.

לפי מתח

לפי מתח, רשתות חשמל מחולקות לרשתות במתח של עד 1 קילו וולט ומעל 1 קילו וולט.

כל רשת חשמל מאופיינת ב מתח מדורג, מה שמבטיח את פעולתו התקינה והחסכונית ביותר של הציוד.

הבדיל בין המתח הנומינלי של גנרטורים, שנאים, רשתות ומקלטי חשמל. המתח הנומינלי של הרשת עולה בקנה אחד עם המתח הנומינלי של צרכני האנרגיה, והמתח הנומינלי של הגנרטור, בהתאם לתנאי הפיצוי על הפסדי מתח ברשת, נלקח ב-5% מהמתח הנומינלי של הרשת.

המתח המדורג של שנאי מוגדר עבור הפיתולים הראשוניים והמשניים שלו ללא עומס. בשל העובדה שהפיתול הראשוני של השנאי הוא מקלט חשמל, עבור השנאי המוגבר המתח הנומינלי שלו נלקח שווה למתח הנומינלי של הגנרטור, ועבור השנאי המורד - המתח הנומינלי של הגנרטור. רֶשֶׁת.

המתח של הפיתול המשני של השנאי המספק את הרשת בעומס חייב להיות גבוה ב-5% מהמתח הנומינלי של הרשת. מכיוון שקיים אובדן מתח בשנאי עצמו בעומס, המתח הנקוב (כלומר מתח מעגל פתוח) של הפיתול המשני של השנאי נלקח ב-10% גבוה מהמתח המדורג ברשת.

טבלה 2 מציגה את המתחים הנומינליים של פאזה לפאזה של רשתות חשמל תלת פאזיות בתדר של 50 הרץ. רשתות חשמל לפי מתח מחולקות באופן מותנה לרשתות מתח נמוך (220-660 וולט), בינוני (6-35 קילו-וולט), גבוה (110-220 קילו-וולט), אולטרה-גבוה (330-750 קילו-וולט) ואולטרה-גבוה (1000 קילו-וולט ומעלה).

טבלה 2. מתחים סטנדרטיים, קילו וולט, לפי GOST 29322–92

בתחבורה ובתעשייה משתמשים במתחים הקבועים הבאים: עבור רשת עיליה המניעה חשמליות וטרוליבוסים - 600 וולט, קרונות רכבת תחתית - 825 וולט, לקווי רכבת מחושמלים - 3300 ו-1650 וולט, מכרות בורות פתוחים משרתים באמצעות טרוליבוסים וחשמליים קטרים ​​המופעלים מרשתות מגע 600, 825, 1650 ו-3300 V, תחבורה תעשייתית תת-קרקעית משתמשת במתח של 275 V. לרשתות תנורי קשת יש מתח של 75 V, מפעלי אלקטרוליזה 220-850 V.

לפי עיצוב ומיקום

רשתות אוויר וכבלים, חיווט וחוטים שונים בעיצובם.

לפי מיקום, הרשתות מחולקות לחיצוניות ופנימיות.

רשתות חיצוניות מיושמות עם חוטים חשופים (לא מבודדים) וכבלים (תת-קרקעיים, תת-מימיים), פנימיים - עם כבלים, חוטים מבודדים וחשופים, אוטובוסים.

מטבע הצריכה

על פי אופי הצריכה, נבדלים קווי רכבת עירוניים, תעשייתיים, כפריים, מחושמלים, צינורות נפט וגז ומערכות חשמל.

בתיאום מראש

הגיוון והמורכבות של רשתות חשמל הובילו להיעדר סיווג אחיד ולשימוש במונחים שונים בעת סיווג רשתות לפי מטרה, תפקיד ופונקציות המבוצעות בתכנית אספקת החשמל.

רשתות חשמל NSE מחולקות לרשתות עמוד שדרה ורשתות הפצה.

עמוד השדרה נקראת רשת חשמלית המאחדת תחנות כוח ומבטיחה את תפקודן כאובייקט בקרה יחיד, תוך אספקת אנרגיה מתחנות כוח. ענף נקרא רשת חשמל. אספקת חלוקת חשמל ממקור חשמל.

ב- GOST 24291-90, רשתות חשמל מחולקות גם לשדרה ולרשתות הפצה.בנוסף, נבדלות רשתות עירוניות, תעשייתיות וכפריות.

מטרתן של רשתות החלוקה היא המשך הפצה של חשמל מתחנת המשנה של רשת עמוד השדרה (חלקית גם מאוטובוסי מתח ההפצה של תחנות כוח) לנקודות המרכזיות של רשתות עירוניות, תעשייתיות וכפריות.

השלב הראשון של רשתות הפצה ציבוריות הוא 330 (220) קילו וולט, השני - 110 קילו וולט, ואז החשמל מופץ דרך רשת אספקת החשמל לצרכנים בודדים.

על פי הפונקציות שהם מבצעים, עמוד השדרה, רשתות האספקה ​​וההפצה נבדלות.

רשתות ראשיות 330 קילו וולט ומעלה לבצע את הפונקציות של יצירת מערכות אנרגיה מאוחדות.

רשתות אספקת החשמל מיועדות להולכת חשמל מתחנות המשנה של רשת הכבישים המהירים ובחלקן מאוטובוסי 110 (220) קילוואט של תחנות כוח לנקודות המרכזיות של רשתות החלוקה - תחנות משנה אזוריות. רשתות משלוחים בדרך כלל סגור. בעבר, המתח של רשתות אלה היה 110 (220) קילו וולט, לאחרונה המתח של רשתות חשמל, ככלל, הוא 330 קילו וולט.

רשתות הפצה מיועדים להולכת חשמל למרחקים קצרים מהאוטובוסים במתח נמוך של תחנות משנה מחוזיות לצרכנים עירוניים תעשייתיים וכפריים. רשתות הפצה כאלה פתוחות בדרך כלל או פועלות במצב פתוח. בעבר, רשתות כאלה בוצעו במתח של 35 קילו וולט ומטה, ועכשיו - 110 (220) קילו וולט.

רשתות החשמל מחולקות גם לרשתות מקומיות ואזוריות ובנוסף לרשתות אספקה ​​והפצה. רשתות מקומיות כוללות 35 קילו וולט ומטה, ורשתות אזוריות - 110 קילו וולט ומעלה.

אֲכִילָה הוא קו העובר מנקודה מרכזית לנקודת חלוקה או ישירות לתחנות משנה ללא חלוקת חשמל לאורכו.

ענף נקרא קו שאליו מחוברות מספר תחנות שנאים או הכניסה למתקנים חשמליים לצרכן לאורכם.

על פי המטרה בתכנית החשמל, הרשתות מחולקות גם למקומיות ואזוריות.

למקומיים כוללים רשתות עם צפיפות עומס ומתח נמוך עד וכולל 35 קילו וולט. מדובר ברשתות עירוניות, תעשייתיות וכפריות. תותבים עמוקים באורך קצר של 110 קילו וולט מסווגים גם כרשתות מקומיות.

רשתות חשמל מחוזיות מכסים שטחים גדולים ובעלי מתח של 110 קילו וולט ומעלה. באמצעות רשתות אזוריות מועבר חשמל מתחנות כוח למקומות צריכה, וכן מופץ בין תחנות תעשייה ותחבורה אזוריות וגדולות המזינות רשתות מקומיות.

רשתות אזוריות כוללות את הרשתות העיקריות של מערכות חשמל, קווי ההולכה העיקריים לתקשורת תוך-מערכתית.

רשתות ליבה לספק תקשורת בין תחנות כוח ועם מרכזי צרכנות אזוריים (תחנות משנה אזוריות). הם מבוצעים על פי תוכניות מרובות מעגלים מורכבות.

קווי חשמל תא מטען תקשורת תוך-מערכתית מספקת תקשורת בין תחנות כוח הממוקמות בנפרד עם הרשת הראשית של מערכת החשמל, כמו גם תקשורת של משתמשים גדולים מרוחקים עם נקודות מרכזיות. לרוב מדובר בקו עילי 110-330 קילו וולט ומעלה באורך ארוך.

על פי תפקידם בתוכנית אספקת החשמל, רשתות אספקת חשמל, רשתות הפצה ורשתות עיקריות של מערכות חשמל שונות.

מזין נקראות הרשתות שדרכן האנרגיה מסופקת לתחנת המשנה ול-RP, הפצה - רשתות שאליהן מחוברות ישירות תחנות חשמל או שנאים (בדרך כלל מדובר ברשתות של עד 10 קילו וולט, אך לרוב רשתות מסועפות בעלות מתח גבוה יותר מתייחסות גם לרשתות הפצה אם מחוברות אליהן מספר רב של תחנות קולטות). לרשתות הראשיות כוללים רשתות עם המתח הגבוה ביותר, שעליהן נוצרים החיבורים החזקים ביותר במערכת החשמל.