Схемы электрических сетей

6.7. Схемы электрических сетей

Схема электрической сети определяется применяемыми номинальными напряжениями, числом ступеней трансформации, схемой соединения подстанций (конфигурацией сети) и схемами электрических соединений понижающих подстанций. При проектировании электрической сети и выборе ее схемы в первую очередь решается задача выбора Uном и ступеней трансформации. Эта задача достаточно сложна и решается, с одной стороны, с учетом опыта проектирования и, с другой стороны, в результате технико-экономических расчетов.

Схема соединения сети или конфигурация сети определяет соединение ветвей и узлов. Единой общепринятой классификации схем соединения сетей нет. Наиболее общим является разделение сетей по их схемам соединения на разомкнутые (рис. 6.7) и замкнутые (рис. 6.8). Вторым важным признаком, по которому делятся схемы соединения сетей, является наличие или отсутствие резервирования. В разомкнутых сетях резервирование соответствует применению двух параллельных или двухцепных линий (рис. 6.7, г-е), нерезервированные разомкнутые сети выполняются одноцепными линиями (рис. 6.7, а-в). В свою очередь разомкнутые и замкнутые сети могут выполняться по различным типам схем соединения, имеющим свои особенности.

Рис. 6.7. Схемы разомкнутых сетей:

а, б, в - магистральная, радиальная и радиально-магистральная нерезервированные; г, д, е - магистральная, радиальная и радиально-магистральная резервированные             

Разомкнутые нерезервированные сети применяются для передачи электроэнергии к потребителям III категории и в некоторых специально обоснованных технико-экономическими расчетами случаях для электроснабжения потребителей II категории. Разомкнутые сети часто делят на магистральные, радиальные и радиально-магистральные или разветвленные. На рис. 6.7,а приведена схема магистральной нерезервированной сети. Магистральная линия предназначена для питания нескольких потребителей, расположенных в одном направлении. Недостаток такой сети  в низкой надежности. При аварии на головном участке и его отключении отключаются все потребители, питающиеся от одной магистрали. При аварии на промежуточном участке отключаются все потребители, расположенные за этим участком. В радиальной сети (рис. 6.7,б) каждый потребитель питается по своему радиальному участку сети. Радиально-магистральная сеть (рис. 6.7,в) содержит как магистральные, так и радиальные линии.

Такие схемы широко применяются в сельских распределительных сетях, а также для электроснабжения бытовых потребителей небольших городов и поселков и промышленных потребителей III категории.

Разомкнутые резервированные сети применяются для электроснабжения потребителей I, II категорий. Такие сети выполняются в виде двух параллельных или двухцепных линий. При выходе из строя одной цепи вторая остается в работе и потребители I, а в большинстве случаев и II категории, продолжают снабжаться электроэнергией. Разомкнутые резервированные сети можно разделить на магистральные (рис. 6.7,г), радиальные (рис. 6.7, д) и радиально-магистральные или разветвленные (рис. 6.7, е).

Разомкнутые резервированные схемы широко применяют в питающих, а также в промышленных и городских сетях.

Замкнутые электрические сети (рис. 6.8) - это резервированные сети. В этих сетях каждый потребитель получает питание не менее чем по двум ветвям. При отключении любой ветви в таких сетях потребитель получает питание по второй ветви. Замкнутые сети более надежны, чем разомкнутые, в них меньше потери мощности. Недостаток замкнутых сетей состоит в усложнении эксплуатации. В этих сетях труднее осуществлять автоматизацию и добиться селективности релейной защиты, плавких предохранителей и тепловых автоматов. Замкнутые сети подразделяются на простые и сложно-замкнутые. В простых замкнутых сетях (рис. 6.8, а, б, г, д) каждый узел питается не более чем по двум ветвям. Эти сети состоят из одного контура. В свою очередь простые замкнутые сети условно делятся на линии с двухсторонним питанием (рис. 6.8, а, г) и кольцевые (рис. 6.8, б, д). Линии с двухсторонним питанием и кольцевая сеть могут состоять как из одноцепных участков (рис. 6.8, а, б), так и из участков, выполненных двумя параллельными или двухцепными линиями (рис. 6.8, г, д). Линии с двухсторонним питанием и простые замкнутые сети широко применяются в сельских и городских распределительных сетях.

Рис. 6.8. Простые замкнутые и сложнозамкнутые сети:

а - одноцеппая линия с двухсторонним питанием; б - одноцепная кольцевая; в - одноцепная петлевая; г - двухцепная линия с двухсторонним питанием; д - двухцепная кольцевая;

е - двухцепная петлевая; ж - сложнозамкнутая             

Из-за сложности автоматизации и защиты простые замкнутые сети, питающие городских и сельских потребителей, эксплуатируются в разомкнутом режиме. Такие простые замкнутые, но работающие в разомкнутом режиме сети называются петлевыми (рис. 6.8, в, е). На рис. 6.8,б приведена кольцевая распределительная сеть напряжением 6-10 кВ, в которой в нормальном режиме разъединитель отключен и сеть работает разомкнутой. В нормальном режиме петлевые сети работают в разомкнутом режиме и могут быть легко автоматизированы и защищены, их эксплуатация в нормальном режиме проста. При авариях потребители отключаются только на время оперативных переключений. Применение петлевых сетей возможно только для потребителей, допускающих подобный перерыв в электроснабжении. Таким образом, надежность петлевых сетей выше, чем разомкнутых, хотя и несколько ниже, чем, если бы они работали в замкнутом режиме.

Сложнозамкнутые сети (рис. 6.8, ж) содержат несколько замкнутых контуров. В этих сетях есть хотя бы один узел, получающий питание по трем и более ветвям, например узлы 1, 2. Сложнозамкнутые схемы широко распространены в питающих сетях напряжением 110 кВ и выше.

Способ присоединения подстанции к сети, напряжение и количество присоединяемых линий, а также вид применяемых коммутационных аппаратов определяют схемы понижающих подстанций (рис. 6.9).

Тупиковая или концевая подстанция присоединяется в конце магистральных, радиальных или радиально-магистральных сетей.

Подстанции, питающие сеть рассматриваемого напряжения, называют центром питания (ЦП). Как правило, это подстанции более высокой ступени     напряжения. Например,   подстанции 220/110 кВ - это центр питания сети 110кВ, питающейся от данного ЦП.

Рис. 6.9. Основные типы присоединения подстанции к сети:

а, б - тупиковые к одной и двум ВЛ; в, г - ответвительные от одной и двух магистральных ВЛ; д, е - ответвительные от одной и двух ВЛ с двухсторонним питанием; ж - проходная подстанция, присоединяемая путем захода линии; з, и - узловые, присоединенные по трем или более питающим ВЛ             

Мощность, текущая от ЦП к тупиковой подстанции, поступает только к потребителю этой подстанции и не течет дальше, так как после этой подстанции нет других линий. Тупиковая подстанция подключена в конце одной или двух параллельных радиальных линий. В магистральной сети (рис. 6.7, а, б) последняя подстанция тупиковая. В радиальной сети на (рис. 6.7, б, д) все подстанции тупиковые. В радиально-магистральной сети (см. рис. 6.7, б, е) тупиковой является каждая последняя (концевая) на данном пути протекания мощности подстанция.

Ответвительные подстанции питаются от линий электропередачи через ответвления. Присоединение к линии при помощи ответвлений дешевле, так как требует меньше коммутационных аппаратов. Эксплуатация линии с ответвлениями менее удобна, поскольку при ремонте каждого из ее участков надо отключать всю линию. Ответвления от линий широко применяются в воздушных сетях, но нецелесообразны в кабельных сетях из-за продолжительного ремонта кабельных линий. Ответвительные подстанции могут присоединяться к одной или двум магистральным линиям (рис. 6.9, в, г) либо к одной или двум линиям с двухсторонним питанием (рис. 6.9, д, е).

Проходная подстанция присоединяется к сети путем захода на нее одной линии с двухсторонним питанием (6.9, ж). Проходные подстанции применяются в простых замкнутых сетях.

Ответвительные и проходные подстанции объединяют термином промежуточные, который соответствует размещению подстанций между двумя центрами питания (или узловыми подстанциями), либо между ЦП и концом линяй.

Узловые подстанции (рис. 6.9, з, и) присоединяются к сети не менее чем по трем линиям, по которым мощность течет к подстанции (питающие линии). Узловые подстанции применяются в сложнозамкнутых сетях.

Проходные или узловые подстанции, через шины которых осуществляются перетоки мощности между отдельными точками сети, называют транзитными.