Klassifizierung elektrischer Netze

Stromnetze werden nach einer Reihe von Indikatoren klassifiziert, die sowohl das Netz als Ganzes als auch einzelne Übertragungsleitungen (PTL) charakterisieren.

Aufgrund der Natur der Strömung

Wechselstrom- und Gleichstromnetze werden nach Strom unterschieden.

Dreiphasiger Wechselstrom 50 Hz hat gegenüber Gleichstrom mehrere Vorteile:

• die Fähigkeit, in einem weiten Bereich von einer Spannung in eine andere umzuwandeln;

• die Fähigkeit, große Leistungen über große Entfernungen zu übertragen, was erreicht wird. Dies wird erreicht, indem die Spannung der Generatoren in eine höhere Spannung umgewandelt wird, um Strom entlang der Leitung zu übertragen, und die hohe Spannung am Empfangspunkt wieder in eine niedrige Spannung umgewandelt wird. Bei dieser Art der Energieübertragung verringern sich die Verluste in der Leitung, da sie vom Strom in der Leitung abhängen und der Strom bei gleicher Leistung umso kleiner ist, je höher die Spannung ist;

• Bei Drehstrom ist der Aufbau von asynchronen Elektromotoren einfach und zuverlässig (kein Kollektor). Auch der Aufbau eines Synchrongenerators ist einfacher als der eines Gleichstromgenerators (kein Kollektor usw.);

Nachteile von AC sind:

• die Notwendigkeit, Blindleistung zu erzeugen, die hauptsächlich zur Erzeugung von Magnetfeldern von Transformatoren und Elektromotoren benötigt wird. Brennstoff (bei TPP) und Wasser (bei HPP) werden nicht zur Erzeugung von Blindenergie verbraucht, aber der Blindstrom (Magnetisierungsstrom), der durch die Leitungen und Wicklungen der Transformatoren fließt, ist nutzlos (im Sinne der Verwendung von Leitungen zur Übertragung von Wirkenergie). es überlastet sie, verursacht Wirkleistungsverluste in ihnen und begrenzt die übertragene Wirkleistung. Das Verhältnis von Blindleistung zu Wirkleistung charakterisiert den Leistungsfaktor der Anlage (je niedriger der Leistungsfaktor, desto schlechter werden die Stromnetze genutzt);

• Zur Erhöhung des Leistungsfaktors werden häufig Kondensatorbänke oder Synchronkompensatoren eingesetzt, was Wechselstrominstallationen teurer macht;

• Die Übertragung sehr großer Leistungen über große Entfernungen wird durch die Stabilität des Parallelbetriebs der Energiesysteme, zwischen denen Energie übertragen wird, begrenzt.

Zu den Vorteilen von Gleichstrom gehören:

• Fehlen einer Blindstromkomponente (vollständige Nutzung der Leitungen möglich);

• bequeme und stufenlose Einstellung der Drehzahl von Gleichstrommotoren in einem weiten Bereich;

• hohes Anlaufdrehmoment bei Serienmotoren, die in der elektrischen Traktion und bei Kränen breite Anwendung gefunden haben;

• die Möglichkeit der Elektrolyse usw.

Die Hauptnachteile von DC sind:

• Unmöglichkeit der Umwandlung von Gleichstrom von einer Spannung in eine andere mit einfachen Mitteln;

• die Unmöglichkeit, Hochspannungs-Gleichstromgeneratoren für die Stromübertragung über relativ große Entfernungen zu bauen;

• die Schwierigkeit, Gleichstrom HV zu erhalten: Zu diesem Zweck ist es notwendig, den Wechselstrom der Hochspannung gleichzurichten und ihn dann am Empfangspunkt in dreiphasigen Wechselstrom umzuwandeln. Die Hauptanwendung ergibt sich aus dreiphasigen Wechselstromnetzen. Bei einer Vielzahl einphasiger elektrischer Empfänger werden aus einem dreiphasigen Netz einphasige Abzweige hergestellt. Die Vorteile eines dreiphasigen Wechselstromsystems sind:

• die Verwendung eines dreiphasigen Systems zur Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds ermöglicht die Implementierung einfacher Elektromotoren;

• In einem dreiphasigen System ist die Verlustleistung geringer als in einem einphasigen System. Der Beweis dieser Aussage ist in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1. Vergleich eines Dreiphasensystems (Dreileiter) mit einem Einphasensystem (Zweileiter)

Wie aus der Tabelle (Zeilen 5 und 6) ersichtlich ist, ist dP1= 2dP3 und dQ1= 2dQ3, d.h. Die Leistungsverluste in einem Einphasensystem sind bei gleicher Leistung S und Spannung U doppelt so groß. In einem Einphasensystem gibt es jedoch zwei Drähte und in einem Dreiphasensystem drei.

Damit der Metallverbrauch gleich bleibt, ist es notwendig, den Leiterquerschnitt der Drehstromleitung im Vergleich zur Einphasenleitung um das 1,5-fache zu reduzieren. Bei gleicher Häufigkeit wird der Widerstand größer sein, d.h. R3= 1,5R1... Wenn wir diesen Wert im Ausdruck für dP3 einsetzen, erhalten wir dP3 = (1,5S2/ U2) R1, d.h. Wirkleistungsverluste in einer einphasigen Leitung sind 2 / 1,5 = 1,33-mal höher als in einer dreiphasigen Leitung.

DC-Nutzung

Gleichstromnetze werden gebaut, um Industrieunternehmen (Elektrolysewerkstätten, Elektroöfen usw.) und den städtischen Elektroverkehr (Straßenbahn, Trolleybus, U-Bahn) mit Strom zu versorgen. Weitere Details finden Sie hier: Wo und wie DC verwendet wird

Die Elektrifizierung des Schienenverkehrs erfolgt sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom.

Gleichstrom wird auch zur Übertragung von Energie über große Entfernungen verwendet, da der Einsatz von Wechselstrom zu diesem Zweck mit der Schwierigkeit verbunden ist, einen stabilen Parallelbetrieb von Kraftwerksgeneratoren sicherzustellen. Dabei handelt es sich allerdings nur um eine Übertragungsleitung, die mit Gleichstrom betrieben wird, auf deren Einspeiseseite der Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt und auf der Empfangsseite der Gleichstrom in Wechselstrom umgekehrt wird.

Gleichstrom kann in Übertragungsnetzen mit Wechselstrom verwendet werden, um die Verbindung zweier elektrischer Systeme in Form von Gleichstrom zu organisieren – Übertragung konstanter Energie mit der Länge Null, wenn zwei elektrische Systeme über einen Gleichrichter-Transformator-Block miteinander verbunden sind. Gleichzeitig haben Frequenzabweichungen in den einzelnen elektrischen Systemen praktisch keinen Einfluss auf die übertragene Leistung.

Derzeit wird an der Impulsstrom-Energieübertragung geforscht und entwickelt, wobei die Energie gleichzeitig durch Wechselstrom und Gleichstrom über eine gemeinsame Stromleitung übertragen wird. In diesem Fall soll an alle drei Phasen der Wechselstromübertragungsleitung eine konstante Spannung gegenüber der Erde angelegt werden, die mithilfe von Transformatoranlagen an den Enden der Übertragungsleitung erzeugt wird.

Diese Art der Stromübertragung ermöglicht eine bessere Nutzung der Isolierung von Stromleitungen und erhöht deren Tragfähigkeit im Vergleich zur Wechselstromübertragung und erleichtert im Vergleich zur Gleichstromübertragung auch die Stromauswahl aus Stromleitungen.

Durch Spannung

Nach der Spannung werden elektrische Netze in Netze mit einer Spannung von bis zu 1 kV und über 1 kV unterteilt.

Jedes elektrische Netzwerk zeichnet sich aus durch Nennspannung, was den normalen und wirtschaftlichsten Betrieb der Geräte gewährleistet.

Unterscheiden Sie die Nennspannung von Generatoren, Transformatoren, Netzen und elektrischen Empfängern. Die Nennspannung des Netzes stimmt mit der Nennspannung der Energieverbraucher überein, und die Nennspannung des Generators wird gemäß den Bedingungen für den Ausgleich von Spannungsverlusten im Netz um 5 % höher als die Nennspannung des Netzes angenommen.

Die Nennspannung eines Transformators wird für seine Primär- und Sekundärwicklung im Leerlauf eingestellt. Aufgrund der Tatsache, dass die Primärwicklung des Transformators ein Stromempfänger ist, wird für den Aufwärtstransformator seine Nennspannung gleich der Nennspannung des Generators und für den Abwärtstransformator gleich der Nennspannung des Generators angenommen Netzwerk.

Die Spannung der Sekundärwicklung des Transformators, der das Netz unter Last versorgt, muss 5 % höher sein als die Nennspannung des Netzes. Da im Transformator selbst unter Last ein Spannungsverlust auftritt, wird die Nennspannung (also die Leerlaufspannung) der Sekundärwicklung des Transformators um 10 % höher angesetzt als die Nennnetzspannung.

Tabelle 2 zeigt die nominalen Phase-Phase-Spannungen von dreiphasigen Stromnetzen mit einer Frequenz von 50 Hz. Elektrische Netze werden nach Spannung bedingt in Niederspannungsnetze (220–660 V), Mittelspannungsnetze (6–35 kV), Hochspannungsnetze (110–220 kV), Höchstspannungsnetze (330–750 kV) und Höchstspannungsnetze (1000 kV und höher) unterteilt.

Tabelle 2. Standardspannungen, kV, gemäß GOST 29322–92

In Transport und Industrie werden folgende konstante Spannungen verwendet: für ein Oberleitungsnetz, das Straßenbahnen und Oberleitungsbusse antreibt – 600 V, U-Bahn-Wagen – 825 V, für elektrifizierte Eisenbahnstrecken – 3300 und 1650 V, Tagebaue werden mit Oberleitungsbussen und Elektrobussen bedient Lokomotiven werden von Kontaktnetzen mit 600, 825, 1650 und 3300 V angetrieben, der unterirdische Industrieverkehr nutzt eine Spannung von 275 V. Lichtbogenofennetze haben eine Spannung von 75 V, Elektrolyseanlagen 220-850 V.

Durch Design und Standort

Antennen- und Kabelnetze, Leitungen und Leitungen unterscheiden sich in der Ausführung.

Je nach Standort werden Netzwerke in externe und interne Netzwerke unterteilt.

Externe Netzwerke werden mit blanken (nicht isolierten) Drähten und Kabeln (unterirdisch, unter Wasser) implementiert, interne - mit Kabeln, isolierten und blanken Drähten, Bussen.

Aufgrund der Art des Konsums

Je nach Art des Verbrauchs werden städtische, industrielle, ländliche, elektrifizierte Eisenbahnstrecken, Öl- und Gaspipelines sowie elektrische Anlagen unterschieden.

Nach Vereinbarung

Die Vielfalt und Komplexität elektrischer Netze hat dazu geführt, dass es keine einheitliche Klassifizierung gibt und bei der Klassifizierung von Netzen nach Zweck, Rolle und im Stromversorgungssystem ausgeführten Funktionen unterschiedliche Begriffe verwendet werden.

Elektrische Netzwerke werden in Backbone- und Verteilungsnetzwerke unterteilt.

Die Wirbelsäule wird als elektrisches Netzwerk bezeichnet, das Kraftwerke vereint und deren Funktion als einziges Kontrollobjekt gewährleistet, während es gleichzeitig Energie aus Kraftwerken liefert. Zweig Stromnetz genannt. Bereitstellung der Stromverteilung aus einer Stromquelle.

In GOST 24291-90 werden elektrische Netze auch in Backbone- und Verteilungsnetze unterteilt.Darüber hinaus wird zwischen städtischen, industriellen und ländlichen Netzwerken unterschieden.

Der Zweck von Verteilungsnetzen ist die Weiterverteilung von Strom von der Umspannstation des Grundnetzes (teilweise auch von den Verteilerspannungsbussen von Kraftwerken) zu den zentralen Punkten städtischer, industrieller und ländlicher Netze.

Die erste Stufe der öffentlichen Verteilungsnetze beträgt 330 (220) kV, die zweite - 110 kV, dann wird der Strom über das Stromversorgungsnetz an einzelne Verbraucher verteilt.

Nach den von ihnen erfüllten Funktionen werden Backbone-, Versorgungs- und Verteilungsnetze unterschieden.

Hauptnetze 330 kV und höher erfüllen die Funktion, einheitliche Energiesysteme zu bilden.

Die Stromversorgungsnetze sind für die Übertragung von Strom von den Umspannwerken des Autobahnnetzes und teilweise von den 110 (220) kV-Bussen der Kraftwerke zu den zentralen Punkten der Verteilungsnetze – den regionalen Umspannwerken – bestimmt. Liefernetzwerke normalerweise geschlossen. Früher betrug die Spannung dieser Netze 110 (220) kV, neuerdings beträgt die Spannung elektrischer Netze in der Regel 330 kV.

Vertriebsnetze sind für die Übertragung von Strom über kurze Distanzen von den Niederspannungsbussen der Kreisumspannwerke zu städtischen Industrie- und ländlichen Verbrauchern vorgesehen. Solche Vertriebsnetze sind in der Regel offen oder arbeiten im offenen Modus. Früher wurden solche Netze bei einer Spannung von 35 kV und weniger betrieben, jetzt bei 110 (220) kV.

Stromnetze werden außerdem in lokale und regionale Netze sowie in Versorgungs- und Verteilungsnetze unterteilt. Lokale Netze umfassen 35 kV und weniger und regionale Netze – 110 kV und höher.

Essen ist eine Leitung, die von einem zentralen Punkt zu einem Verteilungspunkt oder direkt zu Umspannwerken führt, ohne dass der Strom entlang seiner Länge verteilt wird.

Zweig Als Leitung wird eine Leitung bezeichnet, an die entlang ihrer Länge mehrere Umspannwerke oder der Eingang zu elektrischen Verbraucheranlagen angeschlossen sind.

Entsprechend dem Zweck im Energiesystem werden die Netze auch in lokale und regionale Netze unterteilt.

An die Einheimischen Hierzu zählen Netze mit geringer Lastdichte und einer Spannung bis einschließlich 35 kV. Dabei handelt es sich um städtische, industrielle und ländliche Netzwerke. Zu den Ortsnetzen zählen auch kurze 110-kV-Tiefdurchführungen.

Bezirksstromnetze große Flächen abdecken und eine Spannung von 110 kV und mehr haben. Über regionale Netze wird Strom von Kraftwerken zu Verbrauchsorten übertragen und auch zwischen regionalen und großen Industrie- und Verkehrsumspannwerken verteilt, die lokale Netze versorgen.

Zu den regionalen Netzen gehören die Hauptnetze elektrischer Systeme, die Hauptübertragungsleitungen für die Kommunikation innerhalb und zwischen Systemen.

Kernnetzwerke sorgen für die Kommunikation zwischen Kraftwerken und mit regionalen Verbraucherzentren (regionalen Umspannwerken). Sie werden nach komplexen Mehrkreisschemata ausgeführt.

Stammstromleitungen Die systeminterne Kommunikation ermöglicht die Kommunikation zwischen getrennt gelegenen Kraftwerken mit dem Hauptnetz des Elektrizitätssystems sowie die Kommunikation entfernter Großverbraucher mit zentralen Punkten. Dabei handelt es sich in der Regel um eine Freileitung von 110-330 kV und größer mit großer Länge.

Entsprechend ihrer Rolle im Stromversorgungssystem unterscheiden sich Stromversorgungsnetze, Verteilungsnetze und Hauptnetze von Energiesystemen.

Nährend werden die Netze genannt, über die die Energie an das Umspannwerk und RP geliefert wird, Verteilung — Netze, an die Umspannwerke oder Umspannwerke direkt angeschlossen sind (in der Regel handelt es sich dabei um Netze bis 10 kV, häufig werden aber auch verzweigte Netze mit höheren Spannungen als Verteilungsnetze bezeichnet, wenn eine große Anzahl empfangender Umspannwerke daran angeschlossen ist). Zu den wichtigsten Netzwerken Dazu gehören Netze mit der höchsten Spannung, in denen die leistungsstärksten Verbindungen hergestellt werden im elektrischen System.