Электрические сети —
Электрической сетью называется совокупность линий электропередачи (ЛЭГ1) и подстанций (Пс), размещенных на определенной территории и связывающие источники электроэнергии с ее электропотребителями. Линией электропередачи называется система проводов, крепежной арматуры, опор, изоляторов и т. п. для передачи электрической энергии. При передаче напряжения выше 1 кВ их называют высоковольтными, ниже 1 кВ — низковольтными. Подстанции представляют собой электроустановку, состоящую из понижающих или повышающих трансформаторов, распределительных устройств и других вспомогательных элементов.
В целом электрические сети прежде всего характеризуются номинальным напряжением. В СССР установлена следующая шкала номинальных напряжений: для переменного тока частотой 50 Гц — 36; 220; 380; 660 В; 3, (6), 10 (20), 35; 110 (150), 220, (330), 500; 750; 1150 кВ; для постоянного тока — 6; 12; 24; 36; 48; 60; 110; 220; 440 В. В скобках указаны напряжения, которые при современном развитии сетей считаются неперспективными. Номинальное напряжение источников питания (генераторов и вторичных обмоток трансформаторов) выше на 5 %, например 230, 400, 690 В и т. д., чем обеспечивается компенсация потери напряжения в передающих элементах сетей.
Линии напряжения выше 1 кВ применяются для передачи больших мощностей на расстояния в сотни километров при напряжении 110; 220; 380; 750 кВ. Эти сети называются питающими. Распределительные сети высокого напряжения служат для распределения электроэнергии между электропотребителями на расстояние десятков километров при напряжении до 35 кВ. Линии напряжения до 1 кВ используются для присоединений к подстанции потребителей небольшой мощности.
Важное значение при эксплуатации сетей имеет режим нейтралей трансформаторов, соединенных по схеме «звезда». В зависимости от режима нейтралей различают сети с нейтралями незаземленными, глухо заземленными и резонансно-заземленными.
Режим нейтрали влияет на работу сети при наиболее частых авариях — однофазном коротком замыкании (ОКЗ) на землю. Под ОКЗ понимается электрическое соединение одной фазы электроустановки с заземленными контурами или непосредственно с землей. При больших токах ОКЗ в месте короткого замыкания длительно и устойчиво горит дуга, вызывая перенапряжения, опасные для изоляции сети и токоведущих частей электроустановок. При малых токах ОКЗ дуга в месте короткого замыкания неустойчива, быстро гаснет и вызывает незначительные разрушения частей электроустановок.
В сетях с глухозаземленными нейтралями (рис. 12.1) при ОКЗ протекают большие токи на землю, и защитные элементы сети отключают поврежденный участок, ликвидируя аварию. В таких сетях при ОКЗ напряжение относительно земли не повышается и изоляцию сети выбират по фазному напряжению.
В сети с изолированной нейтралью (рис. 12.2) косвенная электрическая связь с землей происходит из-за несовершенства изоляции, в которой протекают главным образом емкостные токи. В нормльном режиме геометрическая сумма последних равна нулю, а потенциалы фаз относительно земли равны фазному напряжению 1!ф. При ОКЗ потенциал поврежденной фазы равен нулю, а у неповрежденных фаз напряжение возрастает до междуфазного. Емкостные токи увеличиваются пропорционально напряжению, а ток ОКЗ /3 больше нормального емкостного с в 3 раза (рис. 12.2, б). В сетях с изолированными нейтралями токи ОКЗ небольшие, поэтому не требуется немедленное отключение электроустановок. Сеть некоторое время может работать и обеспечивать питание электропотребителей. Однако из-за увеличения напряжения в режиме ОКЗ на неповрежденных фазах для изоляции сети с изолированной нейтралью необходимо предусматривать запас, что повышает ее стоимость. В СССР рекомендуются сети с изолированными нейтралями при токах ОЗК не более 10 А и напряжении 35 кВ, 15 А — при 20 кВ, 20 А — при 10 кВ, 30 А — при 6 кВ.
Если токи ОКЗ превышают указанные значения, то используют компенсацию емкостных токов путем включения в нейтраль катушек индуктивности (рис. 12.3, а), что позволяет свести к минимуму ток ОКЗ (рис. 12.3, б).
Катушка индуктивности представляет собой реактор с ферромагнитным сердечником и обмоткой, помещенные в бак с трансформаторным маслом.
В сетях до 1 кВ глухое заземление нейтралей выполняется на напряжение 380/220 В и 220/127 В, что обеспечивает надежное отключение сетей защитной аппаратурой в аварийных режимах и предотвращает опасное прикосновение людей к заземленным контурам. Напряжение на любой фазе по отношению к земле при любых режимах не более 230 В, поэтому возможно совместное питание силовых электроприемников и электроосвещения.
В сетях 660/380 В последнее условие не выполняется, поэтому сети этого класса напряжения делают с изолированными нейтралями. При ОКЗ в сетях 660/380 В поврежденная фаза не отключается, на неповрежденных фазах напряжение возрастает до 660 В, питание потребителей не нарушается, но необходим постоянный контроль изоляции сети с сигнализацией замыкания на землю. Сети 660 В по сравнению с напряжением 380 В имеют меньшие потери и расход проводникового материала, однако для питания мелких электродвигателей, цепей управления, электроосвещения необходимо устанавливать дополнительные понижающие трансформаторы с 600 на 380 В.
В сетях 110 кВ заземляют нейтрали части трансформаторов для обеспечения допустимых токов ОКЗ. В сетях 220 кВ и выше требуется заземлять нейтрали всех трансформаторов, так как они не рассчитаны на работу с изолированной нейтралью.