Питающие сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети и от шин 110 - 220 кВ ЭС к районным подстанциям. Питающие сети обычно замкнуты. Их напряжение - 110 - 220 кВ.
Распределительная сеть предназначена для передачи электроэнергии на не-большие расстояния от шин низшего напряжения районных ПС непосредственно к потребителям. Такие сети выполняют по разомкнутым схемам. Различают расп-ределительные сети высокого напряжения (более 1000 В) и низкого напряжений (до 1000В).
По характеру потребителей сети делятся на городские, промышленные и сельские.
Городские сети характеризуются высокой плотностью электрических на-грузок (до 12 МВ·А/км2) и большим количеством разнородных потребителей.
К промышленным сетям относятся сети промышленных предприятий. Эти сети делятся на сети внешнего и внутреннего электроснабжения. Напряжение зависит от близости к питающей ПС. Если она расположена вблизи предприятия, то напряжение внешнего электроснабжения - 6 - 10 кВ, а внутреннего - до 1000 В. Если питающая ПС расположена далеко, то напряжение внешнего электроснабжения повышается. Для промышленных сетей существует понятие “глубокого ввода”, когда высокое напряжение (220 -330 кВ) заводится на территорию завода, минуя дополнительные трансформации. В этом случае в схеме внутреннего элект-роснабжения используется напряжение 6 - 35 кВ.
Сельские сети - сети напряжением 0,4 - 110 кВ. Они предназначены для питания небольших населенных пунктов, сельскохозяйственных предприятий. Отличаются большой протяженностью и малой плотностью нагрузки (до 15 кВ·А/км2). Сельские сети выполняются, в основном, воздушными ЛЕП по разомкнутым схемам.
По назначению в схеме электроснебжения сети делятся на местные и районные.
Местные сети охватывают площади радиусом до 30 км. Они имеют малую плотность нагрузки и напряжение до 35 кВ включительно. Это сельские, комму-нальные и фабрично-заводские сети. К местным сетям относятся “глубокие вводы” напряжением 110 кВ.
Районные сети охватывают большие районы и имеют напряжение 110 кВ и выше. По районным сетям осуществляется передача электроэнергии от ЭС в места ее потребления. К районным сетям относятся основные сети системы, магистральные ЛЕП внутрисистемной связи и межсистемные связи.
По режиму работы нейтрали сети делятся:
· на сети с изолированной нейтралью;
· на сети с компенсированной нейтралью;
· на сети с эффективно - заземленной нейтралью;
· на сети с глухозаземленной нейтралью.
Режим работы нейтрали определяется способом соединения нейтрали с землей. В сетях с изолированной нейтралью электроустановки не имеют связи з землей. В сетях с компенсированной нейтралью имеется связь через дугогасительную катушку. В сетях с глухозаземленной нейтралью - непосредственная связь с землей. В сетях с эффективно-заземленной нейтралью - часть нейтралей трансформаторов заземлена, часть - разземлена (в нейтраль включены разъединитель и разрядник).
Выбор режима работы нейтрали в сети до 1000 В определяется безопасностью работ. В сети выше 1000 В - двумя причинами:
· стоимостью изоляции оборудования;
· величиной токов однофазного короткого замыкания на землю.
В соответствии с “Правилами устройства электроустановок” электроустановки до 1000 В работают либо с глухозаземленной, либо с изолированной нейтралью.
В первом случае имеем четырехпроводную сеть. Замыкание любой фазы на землю приводит к короткому замыканию в сети (ток повреждения большой). Предохранитель поврежденной фазы перегорает, а две здоровые фазы остаются в работе при фазном напряжении.
Во втором случае имеем трехпроводную сеть. В такой сети замыкание фазы на землю не приводит к значительному росту тока в месте повреждения, фаза не отключается. Фазные напряжения неповрежденных фаз возрастают до линейных значений, т.е. возрастают в раз.
В обоих случаях изоляция рассчитывается на линейное напряжение.
Сети напряжением 6 - 35 кВ считаются сетями с малыми токами замыкания на землю (до 500 А). Работают такие сети либо с изолированной, либо с компенсированной нейтралью.
В сети с изолированной нейтралью при касании фазы землю напряжение этой фазы становится равным нулю, а на здоровых фазах возрастает до линейного значения (см. рис. 2.1 а). Поэтому изоляция должна быть рассчитана на линейное напряжение. Емкостный ток в поврежденной фазе равен нулю, а в неповрежденных фазах увеличивается в раз (см. рис. 2.1 б). Суммарный емкостный ток, равный 3 I0, будет протекать через место замыкания фазы на землю и источник питания. Если величина этого тока в сети 6 - 10 кВ превышает 30 А, а в сети 35 кВ - 10 А, то в нейтраль трансформаторов необходимо включить дугогасительную катушку. Ее индуктивный ток складывается с емкостным током замыкания на землю, который может быть скомпенсирован частично или полностью.
Сети 6 - 35 кВ не требуют немедленного отключения и могут работать несколько часов. Но повреждение можно обнаружить только при поочередном отключении потребителей.
Сети напряжением 110 кВ и выше считаются сетями с большими токами замыкания на землю (свыше 500 А). Они не могут работать с изолированной нейтралью, так как изоляция в этом случае должна рассчитываться на линейное напряжение. А это дорого. Сети работают с заземленной нейтралью. При этом ток однофазного короткого замыкания может превышать ток трехфазного к.з. В этом случае коммутационная аппаратура должна выбираться по большему току, т.е. однофазному.
В месте повреждения в таких сетях возникает электрическая дуга с большим током. Дуга гасится при отключении повреждения. Так как большинство к.з являются самоустраняющимися, то для проверки линия включается вновь под действием АПВ. Если к.з. самоустранилось, то ЛЕП остается в работе, если нет, то повреждение отключается вновь. В переходном режиме и при коммутациях в сети возникают внутренние перенапряжения. Величина перенапряжения влияет на выбор изоляции. Величину перенапряжения стараются ограничить. Для этого заземляют нейтрали оборудования. Но чем больше заземленных нейтралей, тем меньше величина перенапряжения, но тем больше величина тока однофазного к.з.
В сетях 110 кВ поступают следующим образом. Часть нейтралей разземляют, чтобы величина токов однофазного к.з. не превышала величину токов трехфазного кз. Заземляют нейтрали трансформаторов на электростанциях, узловых подстанциях и на тупиковых потребительских подстанциях. Напряжение на неповрежденных фазах по отношению к земле в установившемся режиме не должно быть больше 0,8 Uном (линейного). Такие сети называются сетями с эффективно-заземленной нейтралью.
В сетях 220 кВ и выше применяют глухое заземление нейтрали всех трансформаторов. В этом напряжение на неповрежденных фазах по отношению к земле в установившемся режиме не превышает фазное. Коммутационная аппаратура выбирается по большему току к.з.
3. Основные сведения о конструкциях линий электропередач
Воздушные линии электропередач (ВЛЕП)
Электрической воздушной линией электропередачи называется устройство для передачи электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам инженерных сооружений. Главные элементы воздушной ЛЕП:
· провода, которые служат для передачи электроэнергии;
· грозозащитные тросы для защиты от атмосферных перенапряжений (грозовых разрядов). Они монтируются в вехрней части опор;
· опоры, поддерживающие провода и тросы на определенной высоте над поверхностью;
· изоляторы, изолирующие провода от тела опоры;
· арматура, при помощи которой провода закрепляются на изоляторах, а изоляторы на опоре.
По конструктивному исполнению различают одноцепные и двухцепные ЛЕП. Под цепью понимают три провода (трехфазная цепь) одной ЛЕП.
Конструктивная часть ВЛЕП характеризуется типами опор, длинами пролетов, габаритными размерами, конструкцией фазы и типами гирлянд изоляторов.
По типу опоры ВЛЕП делятся на промежуточные и анкерные. Промежуточные и анкерные различаются способом подвески проводов. На промежуточной опоре провод подвешивается с помощью поддерживающих гирлянд изоляторов. На анкерных опорах провода закреплены жестко и натянуты до заданного тяже-ния при помощи натяжной гирлянды изоляторов (см. рис. 3.1).
По назначению различают опоры угловые, концевые, специального назначения.
По материалу опор различают деревянные (до 220 кВ), железобетонные (35 - 330 кВ) и металлические (35 кВ и выше).
На ВЛЕП применяют голые провода и тросы. Находясь на открытом воздухе, они подвергаются атмосферным воздействиям. Поэтому материал проводов, кроме хорошей проводимости, должен быть устойчивым к коррозии, обладать механической прочностью. Для проводов применяют следующие материалы:
· медь;
· олюминий;
· сталь;
· сплавы алюминия и меди с другими металлами (железом, магнием, кремнием).
Медь имеет удельную проводимость См·км/мм2. Отличается механической прочностью. Пленка окиси защищает ее от коррозии и химических воздействий. Обладает устойчивостью контакта.
Алюминий имеет удельную проводимость См·км/мм2. Механическая прочность хуже, чем у меди. Следовательно, чаще следует ставить опоры. Пленка окиси защищает ее от коррозии. Плохо противостоит химическим воздействиям. Не обладает устойчивостью контакта.
Стальные провода имеют плохую проводимость. Отличаются большой механической прочностью. Не обладают устойчивостью к коррозии. Активное сопротивление зависит от протекающего тока.
Выполняют провода и из двух металлов - стали и алюминия. Сталь находится внутри провода и служит для увеличения механической прочности. Алюминий находится снаружи и является токопроводящей частью.
В маркировке проводов сначала указывается материал, а затем сечение в мм2. Медные провода маркируют буквой М, алюминиевые провода - буквой А, стальные провода - буквами ПС и ПСО и сталеалюминиевые - буквами АС. В маркировке сталеалюминиевых проводов сначала указывают сечение алюминия, а затем стали. Например, АС-120/19. Провода марки АС выпускаются с различным отношением сечений алюминия и стали при одном и том же сечении алюминия. В зависимости от этого отношения различают провода облегченной конструкции, средней, усиленной и особо усиленной прочности.
Для защиты проводов марки АС от коррозии и химических воздействий используют специальные защитные средства. Тип защиты отражается в маркировке провода:
· марки АСКС, АСКП - провод сталеалюминиевый коррозионностойкий с заполнением стального сердечника (С) или всего провода (П) смазкой;
· марка АСК - как и АСКС, стальной сердечник изолирован полиэтиленовой пленкой.
За рубежом применяются изолирующие самонесущие провода. Представляют собой систему изолированных жил, скрученных вокруг несущего троса. Скрутка выполняется таким образом, что вся механическая нагрузка воспринимается только несущим тросом. Такие провода прокладываются без изоляторов. На опоре могут быть смонтированы несколько ЛЕП различных напряжений.
По конструкции проводов различают:
· однопроволочные, состоящие из одной проволоки сплошного сечения;
· многопроволочные из одного металла, состоящие в зависимости от сечения провода из нечетного количества проволок (от 7 до 61);
· многопроволочные из двух металлов. Количество проводов стального сердечника - нечетное (1, 7 или 19). Количество проволок токопроводящей части - четное.
Провода ВЛЕП располагают на опоре различными способами:
· на одноцепных опорах - треугольником или горизонтально (рис. 3.2, а, б);
· на двухцепных опорах - обратной елкой или шестиугольником в виде “бочки” (рис. 3.2, в, г).
Горизонтальное расположение провода - наилучшее по условиям эксплуатации, т.к. позволяет применять более низкие опоры и исключает схлестывание проводов при сбрасывании гололеда или пляске проводов. Пляска проводов - это колебания проводов с малой частотой и большой амплитудой).
Так как во всех вариантах несимметричное расположение проводов по отношению к друг другу, то для выравнивания реактивного сопротивления и емкостной проводимости по фазам применяют транспозицию, т.е. меняют расположение проводов на опорах (рис. 3.3).
Кабельные линии электропередач (КЛЕП)
Кабельная линия электропередачи - это линия для передачи электроэнергии, состоящая из одного или нескольких кабелей.
Кабель - это изолированная по всей длине металлическая жила (или несколько жил), поверх которой наложены защитные покровы.
Преимущества КЛЕП по отношению к ВЛЕП:
· неподверженность атмосферным воздействиям;
· скрытность трассы и недоступность для посторонних лиц.
Недостатки:
· дороже ВЛЕП того класса напряжения;
· более трудоемки в сооружении;