Что такое электрическая сеть кратко

Обновлено: 08.07.2024

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СЕТЬ, совокупность устройств, служащих для передачи и распределения электроэнергии от её источников к электроприёмникам. Э. с. общего назначения, по к-рым передаётся и распределяется ок. 98% всей вырабатываемой электроэнергии, объединяют электростанции и потребителей электроэнергии в электрические системы, а также системы между собой посредством воздушных и кабельных линий электропередачи (ЛЭП). Э. с. обеспечивают надёжное централизованное электроснабжение территориально рассредоточ. потребителей при требуемом качестве электроэнергии и высоких экономич. показателях. Существуют также Э. с., не связанные с линиями электропередачи,- автономные сети (самолётные, судовые, автомобильные и др.).

Э. с. можно классифицировать по ряду признаков. Так, по назначению различают: питающие и распределительные сети, служащие соответственно для передачи и распределения электрич. энергии от узловых подстанций до электроприёмников (городских, пром., с.-х. и др. потребителей). В зависимости от напряжения Э. с. делят на две группы: до 1 кв и выше 1 кв. Кроме того, различают Э. с. по роду тока - сети переменного н постоянного тока, по исполнению - воздушные и кабельные сети; по конфигурации - кольцевые и радиальные; по режиму норм, работы - разомкнутые и замкнутые и т. д. Кроме линий электропередачи, в состав Э. с. входят подстанции электрические для преобразования, распределения электроэнергии и управления режимом работы сети (повышения и понижения напряжения, преобразования трёхфазного переменного тока в постоянный и наоборот, изменения числа отходящих линий по сравнению с числом подходящих и т. д.). Понижение (или повышение) напряжения происходит обычно неск. ступенями. Каждой ступени напряжения соответствует своя сеть линий электропередачи и электрич. подстанций, через к-рые электрич. энергия поступает в сеть следующей ступени напряжения. Э. с. получаются как бы многоярусными, состоящими из ряда взаимосвязанных сетей различного напряжения.

Преимущественное распространение получили Э. с. перем. тока. В СССР приняты номинальные напряжения для таких Э. с.: 12, 24, 36, 48, 60, 127, 220, 380, 660 в; 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 кв. Э. с. напряжением до 220 в применяют для питания электроприёмников малой мощности (осветит, бытовые приборы, электрич. аппараты и др.). В условиях повышенной опасности, напр, для местного освещения рабочих мест на пром. предприятиях, используют напряжение не выше 36 в, а в шахтах - 12 в, Э. с. напряжением 380 в - 10 кв предназначаются для питания более мощных электроприёмников, гл. обр. крупных электродвигателей. Э. с. напряжением 6 кв и выше используют в основном для передачи и распределения электроэнергии с последующим понижением напряжения. Питающие сети и большая часть распределит, сетей выполняются возд. линиями электропередачи. Однако в плотно застроенной местности, в районах с тяжёлыми климатич. условиями (часты гололёд, ветры, грозы), с ценными с.-х. угодьями и т. п. получили распространение кабельные Э. с., к-рые выполняются гл. обр. подземными, а также подводными, в нек-рых случаях - надземными. Макс, напряжение питающих кабельных Э. с. переменного тока в СССР - 500 кв, пропускная способность 0,5 Гвт. Известны также кабельные Э. с. напряжением 750 кв (напр., во Франции). Распределит. Э. с. постоянного тока служат гл. обр. для электроснабжения городского и частично ж.-д. электротранспорта и нек-рых электрохимнч. предприятий. Питающие Э. с. постоянного тока применяют: для сверхдальней передачи потоков электроэнергии более 5 Гвт без промежуточных отборов на расстояния св. 1500 км (напр., линия Экпбастуз - Центр в СССР напряжением 750 кв, протяжённостью 2500 км, с передаваемой мощностью 6 Гвт); для связи электрич. систем переменного тока с разными частотами (принято в Японии, Канаде); для связи (при ограниченной пропускной способности) между крупными объединениями энергосистем (например, линия Волгоград - Донбасс напряжением ± 400 кв, Тихоокеанская передача в США напряжением ± 400 кв); для передачи электроэнергии по кабельным линиям через водные пространства (линия Швеция - о. Готланд напряжением 100 кв, линия Великобритания - Франция напряжением ± 100 кв). Общая длина питающих линий постоянного тока во всём мире менее 1% длины питающих линий переменного тока.

Рост единичной мощности электростанций и размещение крупнейших электростанций в Азиат, части СССР вызывают необходимость интенсивного роста пропускной способности Э. с., увеличения расстояний передачи электроэнергии. Эти положения определяют осн. направления в развитии Э. с. Высшее номинальное напряжение возд. Э. с. переменного тока в СССР и США в 70-е гг. 20 в. достигло 750 кв (пропускная способность 2,5 Гвт на одну цепь). Ближайшая следующая ступень напряжения- 1150 кв (ок. 6 Гвт), а в перспективе - 1500 кв (до 15 Гвт). Сооружение возд. линий и открытых подстанций переменного тока ещё более высоких напряжений сдерживается главным образом резким возрастанием при этом габаритов опорных конструкций, огранич. возможностями возд. изоляции, экологич. факторами. Предполагаемое максимально возможное напряжение возд. Э. с. постоянного тока ± 1100 кв при пропускной способности до 15 Гвт. Дальнейшее повышение пропускной способности Э. с. требует принципиально новых тех-нич. решений, напр. создания ЛЭП новых видов - с проводами, имеющими газовую изоляцию (элегаз, фреон) и прокладываемыми в герметизированных трубах

диаметром до 3 м. Пропускная способность таких Э. с. переменного тока напряжением 500 кв к 1977 составила 6,5 Гвт. Принципиально возможно создание линий с газовой изоляцией напряжением до 3000 кв с пропускной способностью 180 Гвт.

Лит.: Электрические системы, т. 1 - 7, М., 1970 - 77; X о л м с к и и В. Г., Расчёт и оптимизация режимов электрических сетей, М., 1975; Тиходеев Н. Н., Передача электроэнергии сегодня и завтра, Л., 1975. Д. В. Холмский.

Электрическая сеть — совокупность электроустановок предназначенных для передачи и распределения электроэнергии от электростанции к потребителю. ГОСТ 24291-90 даёт следующее определение электрической сети [1] :

Электрическая сеть — совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии.

Содержание

Классификация электрических сетей

Электрические сети принято классифицировать по назначению (области применения), масштабным признакам, и по роду тока.

Принципы работы

Электрические сети осуществляют передачу, распределение и преобразование электроэнергии в соответствии с возможностями источников и требованиями потребителей.

Переменный ток

Большинство крупных источников электроэнергии — электростанции — построено с использованием генераторов переменного тока. Кроме того, амплитудное напряжение переменного тока может быть легко изменено при помощи трансформаторов, что позволяет повышать и понижать напряжение в широких пределах. Основные потребители электроэнергии также ориентированы на непосредственное использование переменного тока. Мировым стандартом генерации, передачи и преобразования электроэнергии является использование переменного трёхфазного тока. В России и европейских странах промышленная частота тока равна 50 герц, в США, Японии и ряде других стран — 60 герц.

Классы напряжения

При передаче большой электрической мощности при низком напряжении возникают большие омические потери из-за больших значений протекающего тока. Формула δS = I²R описывает потерю мощности в зависимости от сопротивления линии и протекающего тока. Для снижения потерь уменьшают протекающий ток: при снижении тока в 2 раза омические потери снижаются в 4 раза. Согласно формуле полной электрической мощности S = I×U, для передачи такой же мощности при пониженном токе необходимо во столько же раз повысить напряжение. Таким образом, большие мощности целесообразно передавать при высоком напряжении. Однако строительство высоковольтных сетей сопряжено с рядом технических трудностей; кроме того, непосредственно потреблять электроэнергию с высоким напряжением крайне проблематично для конечных потребителей.

В связи с этим сети разбивают на участки с разным классом напряжения (уровнем напряжения). Трёхфазные сети, передающие большие мощности, имеют следующие классы напряжения: от 750 кВ и выше (1150 кВ, 1500 кВ) - Ультравысокий, 750 кВ, 500 кВ, 330 кВ - сверхвысокий, 220 кВ, 110 кВ - ВН, высокое напряжение, 35 кВ - СН-1, среднее первое напряжение, 20 кВ, 10 кВ, 6 кВ, 1 кВ - СН-2, среднее второе напряжение, 0,4 кВ, 220 В, 110 В и ниже - НН, низкое напряжение.

Преобразование напряжения

Как правило, генераторы источника и потребители работают с низким номинальным напряжением. Потери энергии в линиях обратно пропорциональны квадрату напряжения, поэтому для снижения потерь электроэнергию выгодно передавать на высоких напряжениях. Для этого на выходе от генератора его повышают, а на входе потребителя его понижают при помощи трансформаторов.

Структура сети

Электрическая сеть может иметь очень сложную структуру, обусловленную территориальным расположением потребителей, источников, требованиями надёжности и другими соображениями. В сети выделяют линии электропередачи, которые соединяют подстанции. Линии могут быть одинарными и двойными (двухцепными), иметь ответвления (отпайки). К подстанциям, как правило, подходит несколько линий. Внутри подстанции происходит преобразование напряжения и распределение потоков электроэнергии между подходящими линиями. Для соединения линий и оборудования внутри подстанций используются электрические коммутаторы (англ. Commutator (electric) ) различных типов.

Для наглядного представления структуры сети используется специальное начертание схемы сети, однолинейная схема, представляющая три провода трёх фаз в виде одной линии. На схеме отображаются линии, секции и системы шин, коммутаторы, трансформаторы, устройства защиты.

Структура сети электроснабжения может динамически изменяться путём переключения коммутаторов. Это необходимо для отключения аварийных участков сети, для временного отключения участков при ремонте. Структура сети также может быть изменена для оптимизации электрического режима сети.

Основные компоненты сети

Сеть электроснабжения характерна тем, что связывает территориально удалённые пункты источников и потребителей . Это осуществляется при помощи линии электропередачи — специальных инженерных сооружений, состоящих из проводников электрического тока (провод — неизолированный проводник, или кабель — изолированный проводник), сооружений для размещения и прокладки (опоры, эстакады, каналы), средств изоляции (подвесные и опорные изоляторы) и защиты (грозозащитные тросы, разрядники, заземление).

Электрическая сеть — совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их электрических линий, размещённых на территории района, населённого пункта, потребителя электрической энергии.

Назначение, область применения

Сети общего назначения : электроснабжение бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и транспортных потребителей.

Сети автономного электроснабжения : электроснабжение мобильных и автономных объектов (транспортные средства, суда, самолёты, космические аппараты, автономные станции, роботы и т. п.)

Сети технологических объектов : электроснабжение производственных объектов и других инженерных сетей .

Контактная сеть : специальная сеть, служащая для передачи электроэнергии на движущиеся вдоль неё транспортные средства ( локомотив , трамвай , троллейбус , метро ).

Масштабные признаки, размеры сети

Магистральные сети : сети, связывающие отдельные регионы, страны и их крупнейшие источники и центры потребления. Характерны сверхвысоким и высоким уровнем напряжения и большими потоками мощности (гигаватты).

Региональные сети : сети масштаба региона (области, края). Имеют питание от магистральных сетей и собственных региональных источников питания, обслуживают крупных потребителей (город, район, предприятие, месторождение, транспортный терминал). Характерны высоким и средним уровнем напряжения и большими потоками мощности (сотни мегаватт, гигаватты).

Районные сети, распределительные сети . Имеют питание от региональных сетей. Обычно не имеют собственных источников питания, обслуживают средних и мелких потребителей (внутриквартальные и поселковые сети, предприятия, небольшие месторождения, транспортные узлы). Характерны средним и низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (мегаватты).

Внутренние сети : распределяют электроэнергию на небольшом пространстве — в рамках района города, села, квартала, завода. Зачастую имеют всего 1 или 2 точки питания от внешней сети. При этом иногда имеют собственный резервный источник питания. Характерны низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (сотни киловатт, мегаватты).

Электропроводка : сети самого нижнего уровня — отдельного здания, цеха, помещения. Зачастую рассматриваются совместно с внутренними сетями. Характерны низким и бытовым уровнем напряжения и маленькими потоками мощности (десятки и сотни киловатт).

Постоянный ток : большинство контактных сетей, некоторые сети автономного электроснабжения, а также ряд специальных сетей сверхвысокого и ультравысокого напряжения, имеющих пока ограниченное распространение.

Принципы работы электрической сети

Переменный ток

Большинство крупных источников электроэнергии — электростанции — построено с использованием генераторов переменного тока. Кроме того, амплитудное напряжение переменного тока может быть легко изменено при помощи трансформаторов , что позволяет повышать и понижать напряжение в широких пределах. Основные потребители электроэнергии также ориентированы на непосредственное использование переменного тока. Мировым стандартом генерации, передачи и преобразования электроэнергии является использование переменного трёхфазного тока . В России и европейских странах промышленная частота тока равна 50 герц , в США , Японии и ряде других стран — 60 герц.

Классы напряжения

При передаче большой электрической мощности при низком напряжении возникают большие омические потери из-за больших значений протекающего тока. Формула δS = I²R описывает потерю мощности в зависимости от сопротивления линии и протекающего тока. Для снижения потерь уменьшают протекающий ток: при снижении тока в 2 раза омические потери снижаются в 4 раза. Согласно формуле S = IU для передачи такой же мощности при пониженном токе необходимо во столько же раз повысить напряжение. Таким образом, большие мощности целесообразно передавать при высоком напряжении. Однако строительство высоковольтных сетей сопряжено с рядом технических трудностей; кроме того, непосредственно потреблять электроэнергию с высоким напряжением крайне проблематично для конечных потребителей.

В связи с этим сети разбивают на участки с разным классом напряжения (уровнем напряжения). Трёхфазные сети, передающие большие мощности, имеют следующие классы напряжения: от 1000 кВ и выше (1150 кВ, 1500 кВ) - Ультравысокий, 1000 кВ, 500 кВ, 330 кВ - сверхвысокий, 220 кВ, 110 кВ - ВН, высокое напряжение, 35 кВ - СН-1, среднее первое напряжение, 20 кВ, 10 кВ, 6 кВ, 1 кВ - СН-2, среднее второе напряжение, 0,4 кВ, 220 В, 110 В и ниже - НН, низкое напряжение.

Преобразование напряжения

Электрическая сеть может иметь очень сложную структуру, обусловленную территориальным расположением потребителей, источников, требованиями надёжности и другими соображениями. В сети выделяют линии электропередачи , которые соединяют подстанции . Линии могут быть одинарными и двойными ( двухцепными ), иметь ответвления ( отпайки ). К подстанциям, как правило, подходит несколько линий. Внутри подстанции происходит преобразование напряжения и распределение потоков электроэнергии между подходящими линиями. Для соединения линий и оборудования внутри подстанций используются электрические коммутаторы различных типов.

Для наглядного представления структуры сети используется специальное начертание схемы сети, однолинейная схема , представляющая три провода трёх фаз в виде одной линии. На схеме отображаются линии, секции и системы шин, коммутаторы, трансформаторы, устройства защиты.

Основные компоненты сети

Сеть электроснабжения характерна тем, что связывает территориально удалённые пункты источников и потребителей . Это осуществляется при помощи линии электропередачи — специальных инженерных сооружений, состоящих из проводников электрического тока ( провод — неизолированный проводник, или кабель — изолированный проводник), сооружений для размещения и прокладки ( опоры , эстакады, каналы), средств изоляции (подвесные и опорные изоляторы) и защиты ( грозозащитные тросы , разрядники , заземление ).

Как устроена электрическая сеть

Электрическая сеть — совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории. Возможно другое определение: совокупность подстанций и распределительных устройств и соединяющих их электрических линий, размещенных на территории района, населенного пункта, потребителя электроэнергии.

Электростанции России объединены в федеральную энергосистему, являющуюся источником электрической энергии для всех ее потребителей. Передача и распределение электроэнергии осуществляется с помощью воздушных линий электропередачи, пересекающих всю страну. Для уменьшения потерь при передаче электроэнергии в линиях электропередач применяется очень высокое напряжение - десятки и (чаще) сотни киловольт.

В силу своей экономичности при передаче энергии применяется изобретенная русским инженером М.О. Доливо-Добровольским трехфазная система переменного тока, при которой электроэнергия передается с помощью четырех проводов. Три из этих проводов называются линейными или фазными, а четвертый - нейтральным проводом или просто нейтралью.

Потребители электроэнергии рассчитаны на более низкие напряжения, чем напряжение в энергосистеме. Понижение напряжения производится в два этапа. Сначала на понижающей подстанции, являющейся частью энергосистемы, напряжение понижается до 6-10 кВ (киловольт). Дальнейшее понижение напряжение производится на трансформаторных подстанциях. Их знакомые всем стандартные "трансформаторные будки" во множестве разбросаны по предприятиям и жилым массивам. После трансформаторной подстанции напряжение понижается до 220-380 В.

Напряжение между линейными проводами трехфазной системы переменного тока называется линейным. Номинальное действующее значение линейного напряжения в России равно 380 В (вольт). Напряжение между нейтралью и любым из линейных проводов называется фазным. Оно в корень из трех раз меньше линейного. Его номинальное значение в России равно 220 В.

Источником тока для энергосистемы являются трехфазные генераторы переменного тока, установленные на электростанциях. Каждая из обмоток генератора индуцирует линейное напряжение. Обмотки симметрично расположены по окружности генератора. Соответственно и линейные напряжения сдвинуты друг относительно друга по фазе. Этот фазовый сдвиг постоянен и равен 120 градусам.

После трансформаторной подстанции напряжение через распределительные щитки или (на предприятиях) распределительные пункты поступает к потребителям.

Некоторые потребители (электродвигатели, промышленное оборудование, большие ЭВМ и мощное коммуникационное оборудование) рассчитаны на непосредственное подключение к трехфазной электрической сети. К ним подводятся четыре провода (не считая защитного заземления).

Маломощные потребители (персональные компьютеры, бытовые приборы, офисная техника и т.д.) рассчитаны на однофазную электрическую сеть. К ним подводят два провода (не считая защитного заземления). В подавляющем числе случаев один из этих проводов - линейный, а другой - нейтральный. Напряжение между ними по стандарту равно 220 В.

Приведенные выше действующие значения напряжения не исчерпывают полностью параметры электрической сети. Переменный электрический ток характеризуется также частотой. Номинальное стандартное значение частоты в России равно 50 Гц (Герц).

Реальные значения напряжения и частоты электрической сети конечно могут отличаться от номинальных значений.

К сети постоянно подключаются новые потребители электроэнергии (ток или нагрузка в сети увеличивается) или отключаются какие-либо потребители (в результате ток или нагрузка сети уменьшается). При увеличении нагрузки напряжение в сети падает, а при уменьшении нагрузки напряжение в сети возрастает.

Для уменьшения влияния изменения нагрузки на напряжение, на понижающих подстанциях существует автоматическая система регулирования напряжения. Она предназначена для поддержания постоянного (в определенных пределах и с определенной точностью) напряжения при изменении нагрузки в сети. Регулирование осуществляется за счет перекоммутации обмоток мощных понижающих трансформаторов.

Частота переменного тока задается частотой вращения генераторов на электростанциях. При увеличении нагрузки частота стремится слегка уменьшиться, система регулирования электростанции увеличивает расход рабочего тела через турбину, и частота вращения генератора восстанавливается.

Разумеется ни одна система регулирования (напряжения или частоты) не может работать идеально, и в любом случае пользователю электрической сети нужно смириться с некоторыми отклонениями характеристик сети от номинальных значений.

В России требования к качеству электрической энергии стандартизованы. ГОСТ 23875-88 дает определения показателям качества электроэнергии, а ГОСТ 13109-87 устанавливает значения этих показателей. Этим стандартом установлены значения показателей в точках подключения потребителей электроэнергии. Для пользователя это означает, что он может требовать от энергоснабжающей организации, чтобы установленные нормы соблюдались не где-то в энергосистеме, а непосредственно в его розетке.

Наиболее важные показатели качества электроэнергии - это отклонение напряжения от номинального значения, коэффициент несинусоидальности напряжения, отклонение частоты от 50 Гц.

Остальные 5 или менее процентов времени каждых суток напряжение может изменяться от 198 до 242 В (отклонение 10 %), частота от 49.6 до 50.4 Гц, а коэффициент несинусоидальности должен быть не более 10 %. Допускаются также более сильные изменения частоты: от 49.5 Гц до 51 Гц, но общая длительность таких изменений не должна превышать 90 часов за год.

Авариями электроснабжения называются ситуации, когда показатели качества электроэнергии кратковременно выходят за установленные пределы. Частота может отклоняться на 5 Гц от номинального значения. Напряжение может снижаться до нуля. В дальнейшем показатели качества должны восстанавливаться.

Электрическая сеть представляет собой систему специализированного взаимосвязанного оборудования, с помощью которого осуществляется распределение электроэнергии от источников (в основном промышленных электростанций) до конечных потребителей.

В ее составе предусмотрены также подстанции, распределительные устройства, и соединяющие их линии электропередач.

Электрические сети могут различаться:

1. По назначению электроснабжения:

— общие (обеспечение электроэнергией промышленных, транспортных, сельскохозяйственных и бытовых потребителей);

— автономные (используются в автономных объектах – начиная от простого автомобиля и заканчивая космической техникой);

— контактные (для передачи электроэнергии на подвижный состав: трамваи, троллейбусы, локомотивы, метро);

2. По сфере обслуживания:

3. По форме и виду используемого тока:

— переменный одно- или трехфазовый;

Источники электроэнергии (в большинстве случаев это электростанции), используют для преобразования самых разнообразных источников энергии в электричество генераторы переменного тока. Это позволяет широко применять трансформаторы, которые преобразовывают напряжение в самых широких диапазонах.

Сегодня в качестве мирового стандарта принято использование трехфазного переменного тока напряжением 380 В, который в постсоветских и европейских странах представлен промышленной частотой 50 герц. В Соединенных Штатах, Японии и еще ряде стран принят иной стандарт — 60 герц. Широко используемый в бытовых приборах однофазный ток в 220 В получается за счет использования только одной из трех фаз.

Передача электричества на достаточно большие расстояния ведет к определенным потерям за счет внутреннего сопротивления проводников. Причем здесь прямая зависимость, в соответствии с законом Ома, от силы тока. Для снижения потерь приходиться использовать повышенное напряжение.

В свою очередь создание высоковольтных линий электропередач также сопряжено с определенными проблемами (в частности с обустройством электрических изоляторов), да и доставка электроэнергии в таком виде до конечного потребителя далеко не всегда является оптимальным вариантом.

Структура электрической сети может быть достаточно сложной. В ее составе могут находиться как источники, так и потребители, которые могут быть расположены на достаточной удаленности друг от друга. Кроме того, возможны и дополнительные требования к надежности и защищенности.

Как правило, в структуре электрических сетей отдельно выделяются линии, соединяющиеся посредством подстанций. Последние представляют собой электроустановки для приема сразу по нескольким линиям электроэнергии, с дальнейшем ее распределением в доступном для конкретного потребителя виде.

Оперативное соединение предполагает также широкое использование различных конструкций электрических (в том числе и дистанционно управляемых) коммутаторов, других распределительных и вспомогательных силовых устройств.

Читайте также: