تصنيف الشبكات الكهربائية

يتم تصنيف الشبكات الكهربائية وفقًا لعدد من المؤشرات التي تميز كل من الشبكة ككل وخطوط النقل الفردية (PTL).

حسب طبيعة التيار

تتميز شبكات التيار المتردد والتيار المستمر بالتيار.

يتميز التيار المتردد ثلاثي الأطوار 50 هرتز بالعديد من المزايا مقارنة بالتيار المستمر:

• القدرة على التحويل من جهد إلى آخر في نطاق واسع ؛

• القدرة على نقل القوى الكبيرة لمسافات طويلة ، وهو ما يتحقق. يتم تحقيق ذلك من خلال تحويل جهد المولدات إلى جهد أعلى لنقل الكهرباء على طول الخط وتحويل الجهد العالي إلى جهد منخفض عند نقطة الاستقبال. في طريقة نقل الطاقة هذه ، يتم تقليل الخسائر في الخط لأنها تعتمد على التيار في الخط ، والتيار لنفس الطاقة أصغر ، كلما زاد الجهد ؛

• مع التيار المتردد ثلاثي الأطوار ، فإن بناء المحركات الكهربائية غير المتزامنة بسيط وموثوق (لا يوجد مجمع). يعد إنشاء المولد المتزامن أيضًا أبسط من مولد التيار المستمر (بدون مجمّع ، إلخ) ؛

مساوئ التكييف هي:

• الحاجة إلى توليد طاقة تفاعلية ، وهي ضرورية بشكل أساسي لإنشاء مجالات مغناطيسية للمحولات والمحركات الكهربائية. لا يتم استهلاك الوقود (في TPP) والماء (في HPP) لتوليد طاقة تفاعلية ، لكن التيار التفاعلي (التيار المغنطيسي) المتدفق عبر خطوط ولفات المحولات غير مجدي (بمعنى استخدام الخطوط لنقل الطاقة النشطة) يثقل كاهلهم ، ويسبب فقدان الطاقة النشطة فيها ويحد من الطاقة النشطة المرسلة. تحدد نسبة القدرة التفاعلية إلى القدرة النشطة عامل القدرة الخاص بالتركيب (كلما انخفض معامل القدرة ، كان استخدام الشبكات الكهربائية أسوأ) ؛

• غالبًا ما تستخدم البنوك المكثفة أو المعوضات المتزامنة لزيادة عامل الطاقة ، مما يجعل تركيبات التيار المتردد أكثر تكلفة ؛

• نقل القوى الكبيرة جدًا عبر مسافات طويلة مقيد باستقرار التشغيل المتوازي لأنظمة الطاقة التي يتم نقل الطاقة بينها.

تشمل مزايا التيار المباشر ما يلي:

• عدم وجود مكون تيار تفاعلي (الاستخدام الكامل للخطوط ممكن) ؛

• تعديل مريح وسلس في مجموعة واسعة من عدد دورات محركات التيار المستمر ؛

• عزم دوران عالي في المحركات التسلسلية ، والتي وجدت تطبيقًا واسعًا في الجر الكهربائي والرافعات ؛

• إمكانية التحليل الكهربائي ، إلخ.

العيوب الرئيسية لل DC هي:

• استحالة التحويل بوسائل بسيطة من التيار المباشر من جهد إلى آخر ؛

• استحالة إنشاء مولدات تيار مباشر عالية الجهد (HV) لنقل الطاقة عبر مسافات طويلة نسبيًا ؛

• صعوبة الحصول على تيار مباشر HV: لهذا الغرض ، من الضروري تصحيح التيار المتردد للجهد العالي ثم عند نقطة الاستقبال ، تحويله إلى تيار متناوب ثلاثي الطور. التطبيق الرئيسي مشتق من شبكات التيار المتردد ثلاثية الطور. مع وجود عدد كبير من المستقبلات الكهربائية أحادية الطور ، تتكون الفروع أحادية الطور من شبكة ثلاثية الطور. مزايا نظام التيار المتردد ثلاثي المراحل هي:

• يتيح استخدام نظام ثلاثي الطور لإنشاء مجال مغناطيسي دوار إمكانية تنفيذ محركات كهربائية بسيطة ؛

• في نظام ثلاثي الطور ، يكون فقد الطاقة أقل مما هو عليه في نظام أحادي الطور. يتم تقديم دليل على هذا البيان في الجدول 1.

الجدول 1. مقارنة نظام ثلاثي الطور (ثلاثي الأسلاك) بمرحلة واحدة (سلكان)

كما يتضح من الجدول (الصفوف 5 و 6) ، dP1 = 2dP3 و dQ1 = 2dQ3 ، أي خسائر الطاقة في نظام أحادي الطور بنفس الطاقة S والجهد U ضعف أكبر. ومع ذلك ، في نظام أحادي الطور ، يوجد سلكان ، وفي نظام ثلاثي الطور - ثلاثة.

من أجل أن يكون استهلاك المعدن هو نفسه ، من الضروري تقليل المقطع العرضي لموصلات الخط ثلاثي الطور مقارنة بالخط أحادي الطور بمقدار 1.5 مرة. سيكون نفس عدد المرات مقاومة أكبر ، أي R3 = 1.5R1 ... استبدال هذه القيمة في التعبير عن dP3 ، نحصل على dP3 = (1.5S2 / U2) R1 ، أي خسائر الطاقة النشطة في خط أحادي الطور هي 2 / 1.5 = 1.33 مرة أكثر مما في خط واحد من ثلاث مراحل.

استخدام DC

تم بناء شبكات التيار المستمر لتزويد المؤسسات الصناعية بالطاقة (ورش التحليل الكهربائي ، والأفران الكهربائية ، وما إلى ذلك) ، والنقل الكهربائي في المناطق الحضرية (الترام ، وحافلة الترولي ، ومترو الأنفاق). لمزيد من التفاصيل انظر هنا: أين وكيف يتم استخدام DC

يتم تنفيذ كهربة النقل بالسكك الحديدية على كل من التيار المباشر والمتناوب.

يستخدم التيار المباشر أيضًا لنقل الطاقة عبر مسافات طويلة ، نظرًا لأن استخدام التيار المتردد لهذا الغرض يرتبط بصعوبة ضمان التشغيل المتوازي المستقر لمولدات محطات الطاقة. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يعمل خط النقل فقط على التيار المباشر ، وفي نهاية العرض يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر ، وفي الطرف المستقبِل يتم عكس التيار المباشر إلى التيار المتردد.

يمكن استخدام التيار المباشر في شبكات النقل بالتيار المتناوب لتنظيم اتصال نظامين كهربائيين في شكل تيار مباشر - نقل طاقة ثابتة بطول صفر ، عندما يتم توصيل نظامين كهربائيين ببعضهما البعض من خلال كتلة محول-مقوم. في الوقت نفسه ، لا تؤثر انحرافات التردد في كل من الأنظمة الكهربائية عمليًا على القدرة المرسلة.

يجري البحث والتطوير حاليًا حول نقل الطاقة بالتيار النبضي ، حيث يتم نقل الطاقة في وقت واحد عن طريق التيار المتردد والتيار المباشر عبر خط طاقة مشترك. في هذه الحالة ، من المفترض أن تفرض على جميع المراحل الثلاث لخط نقل التيار المتردد بعض الجهد الثابت فيما يتعلق بالأرض ، والذي تم إنشاؤه عن طريق تركيبات المحولات في نهايات خط النقل.

تتيح طريقة نقل الطاقة هذه استخدامًا أفضل لعزل خط الطاقة وتزيد من قدرتها على التحمل مقارنةً بنقل التيار المتردد ، كما تسهل اختيار الطاقة من خطوط الطاقة مقارنةً بنقل التيار المباشر.

بالجهد

حسب الجهد ، تنقسم الشبكات الكهربائية إلى شبكات بجهد يصل إلى 1 كيلو فولت وأكثر من 1 كيلو فولت.

تتميز كل شبكة كهربائية بـ الفولطية، مما يضمن التشغيل العادي والأكثر اقتصادا للمعدات.

تمييز الجهد الاسمي للمولدات والمحولات والشبكات وأجهزة الاستقبال الكهربائية. يتطابق الجهد الاسمي للشبكة مع الجهد الاسمي لمستهلكي الطاقة ، والجهد الاسمي للمولد ، وفقًا لشروط التعويض عن فقد الجهد في الشبكة ، يؤخذ بنسبة 5٪ أعلى من الجهد الاسمي للشبكة.

يتم ضبط الجهد المقنن للمحول لملفاته الأولية والثانوية بدون تحميل. نظرًا لحقيقة أن اللف الأساسي للمحول هو مستقبل للكهرباء ، بالنسبة للمحول التصاعدي ، يتم أخذ جهده الاسمي مساويًا للجهد الاسمي للمولد ، وللمحول التدريجي - الجهد الاسمي للمحول شبكة.

يجب أن يكون جهد الملف الثانوي للمحول الذي يغذي الشبكة تحت الحمل أعلى بنسبة 5٪ من الجهد الاسمي للشبكة. نظرًا لوجود فقد جهد في المحول نفسه تحت الحمل ، فإن الجهد المقنن (أي جهد الدائرة المفتوحة) للملف الثانوي للمحول يكون أعلى بنسبة 10٪ من جهد التيار الكهربائي المقنن.

يوضح الجدول 2 الفولتية الاسمية من الطور إلى الطور للشبكات الكهربائية ثلاثية الطور بتردد 50 هرتز. تنقسم الشبكات الكهربائية حسب الجهد إلى شبكات جهد منخفض (220-660 فولت) ومتوسط ​​(6-35 كيلوفولت) وعالي (110-220 كيلوفولت) وعالي (330-750 كيلوفولت) وعالي (1000 كيلوفولت وأعلى).

الجدول 2. الفولتية القياسية ، كيلو فولت ، وفقًا لـ GOST 29322-92

في النقل والصناعة ، تُستخدم الفولتية الثابتة التالية: لشبكة علوية لتشغيل الترام وحافلات الترولي - 600 فولت ، عربات مترو الأنفاق - 825 فولت ، لخطوط السكك الحديدية المكهربة - 3300 و 1650 فولت ، المناجم المفتوحة تخدمها حافلات الترولي والكهرباء القاطرات التي تعمل من شبكات الاتصال 600 و 825 ​​و 1650 و 3300 فولت ، يستخدم النقل الصناعي تحت الأرض جهدًا قدره 275 فولت.

حسب التصميم والموقع

تختلف الشبكات الهوائية والكابلات والأسلاك والأسلاك في التصميم.

حسب الموقع ، تنقسم الشبكات إلى خارجية وداخلية.

يتم تنفيذ الشبكات الخارجية بأسلاك وكابلات عارية (غير معزولة) (تحت الأرض ، تحت الماء) ، داخلية - مع الكابلات والأسلاك المعزولة والعارية والحافلات.

حسب طبيعة الاستهلاك

حسب طبيعة الاستهلاك ، تتميز خطوط السكك الحديدية الحضرية والصناعية والريفية والمكهربة وخطوط أنابيب النفط والغاز والأنظمة الكهربائية.

بالميعاد

أدى تنوع وتعقيد الشبكات الكهربائية إلى عدم وجود تصنيف موحد واستخدام مصطلحات مختلفة عند تصنيف الشبكات حسب الغرض والدور والوظائف المؤداة في مخطط إمداد الطاقة.

تنقسم الشبكات الكهربائية NSE إلى شبكات العمود الفقري والتوزيع.

العمود الفقري تسمى الشبكة الكهربائية التي توحد محطات الطاقة وتضمن عملها ككائن تحكم واحد ، مع توفير الطاقة من محطات الطاقة. فرع تسمى شبكة الطاقة. توفير توزيع الكهرباء من مصدر طاقة.

في GOST 24291-90 ، تنقسم الشبكات الكهربائية أيضًا إلى شبكات العمود الفقري والتوزيع.بالإضافة إلى ذلك ، تتميز الشبكات الحضرية والصناعية والريفية.

الغرض من شبكات التوزيع هو التوزيع الإضافي للكهرباء من المحطة الفرعية للشبكة الأساسية (جزئيًا أيضًا من حافلات توزيع الجهد لمحطات الطاقة) إلى النقاط المركزية للشبكات الحضرية والصناعية والريفية.

المرحلة الأولى من شبكات التوزيع العامة هي 330 (220) ك.ف ، والثانية - 110 ك.ف ، ثم يتم توزيع الكهرباء من خلال شبكة الإمداد بالطاقة على المستهلكين الأفراد.

وفقًا للوظائف التي يؤدونها ، يتم تمييز العمود الفقري وشبكات التوريد والتوزيع.

الشبكات الرئيسية 330 ك.ف. وما فوق أداء وظائف تشكيل أنظمة الطاقة الموحدة.

شبكات الإمداد بالطاقة مخصصة لنقل الكهرباء من المحطات الفرعية لشبكة الطرق السريعة وجزئياً حافلات 110 (220) كيلوفولت لمحطات الطاقة إلى النقاط المركزية لشبكات التوزيع - المحطات الفرعية الإقليمية. شبكات التوصيل عادة ما تكون مغلقة. في السابق كان جهد هذه الشبكات 110 (220) ك.ف. ومؤخراً كان جهد الشبكات الكهربائية 330 ك.ف.

شبكات التوزيع مخصصة لنقل الكهرباء عبر مسافات قصيرة من حافلات الجهد المنخفض للمحطات الفرعية للمنطقة إلى المستهلكين الصناعيين في المناطق الحضرية والريفية. عادة ما تكون شبكات التوزيع هذه مفتوحة أو تعمل في الوضع المفتوح. في السابق ، تم تنفيذ هذه الشبكات بجهد 35 كيلو فولت وأقل ، والآن - 110 (220) كيلو فولت.

تنقسم شبكات الكهرباء أيضًا إلى شبكات محلية وإقليمية ، بالإضافة إلى شبكات الإمداد والتوزيع. تشمل الشبكات المحلية 35 كيلوفولت فأقل ، والشبكات الإقليمية - 110 كيلوفولت فأعلى.

يتناول الطعام هو خط يمر من نقطة مركزية إلى نقطة توزيع أو مباشرة إلى المحطات الفرعية دون توزيع الكهرباء على طولها.

فرع يسمى الخط ، حيث يتم توصيل العديد من المحولات الفرعية أو مدخل التركيبات الكهربائية الاستهلاكية بطولها.

وفقًا للغرض في مخطط الطاقة ، يتم أيضًا تقسيم الشبكات إلى محلية وإقليمية.

إلى السكان المحليين تشمل شبكات ذات حمولة منخفضة وبجهد كهربائي يصل إلى 35 كيلوفولت. هذه هي الشبكات الحضرية والصناعية والريفية. كما يتم تصنيف البطانات ذات الطول القصير بعمق 110 كيلو فولت على أنها شبكات محلية.

شبكات كهرباء المنطقة تغطية مساحات كبيرة وبجهد 110 ك.ف. من خلال الشبكات الإقليمية ، تنتقل الكهرباء من محطات توليد الطاقة إلى أماكن الاستهلاك ، كما يتم توزيعها بين المحطات الفرعية الإقليمية والمحطات الصناعية الكبيرة ومحطات النقل التي تغذي الشبكات المحلية.

تشمل الشبكات الإقليمية الشبكات الرئيسية للأنظمة الكهربائية وخطوط النقل الرئيسية للاتصالات داخل الأنظمة وفيما بينها.

الشبكات الأساسية توفير الاتصال بين محطات توليد الطاقة والمراكز الاستهلاكية الإقليمية (المحطات الفرعية الإقليمية). يتم تنفيذها وفقًا لمخططات معقدة متعددة الدوائر.

خطوط كهرباء الجذع يوفر الاتصال داخل النظام الاتصال بين محطات الطاقة الموجودة بشكل منفصل مع الشبكة الرئيسية لنظام الكهرباء ، بالإضافة إلى اتصال المستخدمين الكبار عن بعد بالنقاط المركزية. عادة ما يكون هذا الخط العلوي 110-330 كيلو فولت وأكبر بطول طويل.

وفقًا لدورها في مخطط إمداد الطاقة ، تختلف شبكات الإمداد بالطاقة وشبكات التوزيع والشبكات الرئيسية لأنظمة الطاقة.

مغذي تسمى الشبكات التي يتم من خلالها توفير الطاقة للمحطة الفرعية و RP ، توزيع - الشبكات التي ترتبط بها المحطات الفرعية الكهربائية أو المحولات مباشرة (عادة ما تكون هذه شبكات تصل إلى 10 كيلو فولت ، ولكن غالبًا ما تشير الشبكات المتفرعة ذات الفولتية العالية إلى شبكات التوزيع إذا كان هناك عدد كبير من المحطات الفرعية المستقبلة متصلة بها). للشبكات الرئيسية تشمل الشبكات ذات الجهد العالي ، والتي يتم إجراء أقوى التوصيلات عليها في النظام الكهربائي.