Classificação de redes elétricas

As redes elétricas são classificadas de acordo com uma série de indicadores que caracterizam tanto a rede como um todo quanto as linhas de transmissão individuais (PTL).

Pela natureza da corrente

As redes CA e CC são diferenciadas pela corrente.

A CA trifásica de 50 Hz tem várias vantagens sobre a CC:

• a capacidade de transformar de uma voltagem para outra em uma ampla faixa;

• a capacidade de transmitir grandes poderes em longas distâncias, o que é alcançado. Isso é obtido transformando a tensão dos geradores em uma tensão mais alta para transmitir eletricidade ao longo da linha e convertendo a alta tensão de volta em uma baixa tensão no ponto de recepção. Nesse método de transmissão de energia, as perdas na linha são reduzidas porque dependem da corrente na linha, e a corrente para uma mesma potência é menor quanto maior a tensão;

• com corrente alternada trifásica, a construção de motores elétricos assíncronos é simples e confiável (sem coletor). A construção de um alternador síncrono também é mais simples do que um gerador DC (sem coletor, etc.);

As desvantagens do AC são:

• a necessidade de gerar energia reativa, necessária principalmente para criar campos magnéticos de transformadores e motores elétricos. Combustível (em TPP) e água (em HPP) não são consumidos para gerar energia reativa, mas a corrente reativa (corrente de magnetização) que flui pelas linhas e enrolamentos dos transformadores é inútil (no sentido de usar linhas para transmitir energia ativa) sobrecarrega-os, provoca neles perdas de potência ativa e limita a potência ativa transmitida. A relação entre potência reativa e potência ativa caracteriza o fator de potência da instalação (quanto menor o fator de potência, pior são as redes elétricas utilizadas);

• bancos de capacitores ou compensadores síncronos são frequentemente usados ​​para aumentar o fator de potência, o que torna as instalações CA mais caras;

• a transmissão de potências muito grandes em longas distâncias é limitada pela estabilidade da operação paralela dos sistemas de potência entre os quais a potência é transmitida.

As vantagens da corrente contínua incluem:

• ausência de um componente de corrente reativa (é possível o uso total das linhas);

• ajuste conveniente e suave em uma ampla faixa do número de rotações dos motores DC;

• alto torque de partida em motores seriais, que encontraram ampla aplicação em tração elétrica e guindastes;

• a possibilidade de eletrólise, etc.

As principais desvantagens do DC são:

• impossibilidade de conversão por meio simples de corrente contínua de uma tensão para outra;

• a impossibilidade de criar geradores de corrente contínua de alta tensão (HV) para transmissão de energia em distâncias relativamente longas;

• a dificuldade de obter corrente contínua HV: para isso é necessário retificar a corrente alternada da alta tensão e depois no ponto de recepção transformá-la em corrente alternada trifásica. A aplicação principal é derivada de redes trifásicas de corrente alternada. Com um grande número de receptores elétricos monofásicos, as ramificações monofásicas são feitas a partir de uma rede trifásica. As vantagens de um sistema CA trifásico são:

• o uso de um sistema trifásico para criar um campo magnético rotativo permite a implementação de motores elétricos simples;

• em um sistema trifásico, a perda de energia é menor do que em um sistema monofásico. A prova desta afirmação é dada na Tabela 1.

Tabela 1. Comparação de um sistema trifásico (três fios) com um monofásico (dois fios)

Como pode ser visto na tabela (linhas 5 e 6), dP1= 2dP3 e dQ1= 2dQ3, ou seja, as perdas de potência em um sistema monofásico com a mesma potência S e tensão U são duas vezes maiores. No entanto, em um sistema monofásico, existem dois fios e em um sistema trifásico - três.

Para que o consumo de metal seja o mesmo, é necessário reduzir a seção transversal dos condutores da linha trifásica em relação à linha monofásica em 1,5 vezes. O mesmo número de vezes será maior resistência, ou seja. R3= 1.5R1... Substituindo este valor na expressão por dP3, obtemos dP3 = (1.5S2/ U2) R1, ou seja, as perdas de potência ativa em uma linha monofásica são 2 / 1,5 = 1,33 vezes mais do que em uma trifásica.

uso DC

As redes DC são construídas para alimentar empresas industriais (oficinas de eletrólise, fornos elétricos, etc.), transporte elétrico urbano (bonde, trólebus, metrô). Para mais detalhes veja aqui: Onde e como DC é usado

A eletrificação do transporte ferroviário é realizada em corrente contínua e alternada.

A corrente contínua também é utilizada para transmitir energia a longas distâncias, pois o uso de corrente alternada para esse fim está associado à dificuldade de garantir operação paralela estável dos geradores das usinas. Neste caso, no entanto, apenas uma linha de transmissão opera em corrente contínua, na extremidade da fonte da qual a corrente alternada é convertida em corrente contínua e na extremidade receptora a corrente contínua é revertida em corrente alternada.

A corrente contínua pode ser usada em redes de transmissão com corrente alternada para organizar a conexão de dois sistemas elétricos na forma de corrente contínua - transmissão de energia constante com comprimento zero, quando dois sistemas elétricos são conectados entre si por meio de um bloco retificador-transformador. Ao mesmo tempo, os desvios de frequência em cada um dos sistemas elétricos praticamente não afetam a potência transmitida.

A pesquisa e o desenvolvimento estão atualmente em andamento na transmissão de energia por corrente pulsada, onde a energia é transmitida simultaneamente por corrente alternada e corrente contínua em uma linha de energia comum. Neste caso, pretende-se impor às três fases da linha de transmissão CA alguma tensão constante em relação à terra, criada por meio de instalações de transformadores nas extremidades da linha de transmissão.

Este método de transmissão de energia permite um melhor uso do isolamento da linha de energia e aumenta sua capacidade de carga em comparação com a transmissão de corrente alternada, além de facilitar a seleção de energia das linhas de energia em comparação com a transmissão de corrente contínua.

Por voltagem

Por tensão, as redes elétricas são divididas em redes com tensão de até 1 kV e acima de 1 kV.

Cada rede elétrica é caracterizada por tensão nominal, o que garante o funcionamento normal e mais econômico do equipamento.

Distinguir a tensão nominal de geradores, transformadores, redes e receptores elétricos. A tensão nominal da rede coincide com a tensão nominal dos consumidores de energia, sendo que a tensão nominal do gerador, de acordo com as condições de compensação das perdas de tensão na rede, é considerada 5% superior à tensão nominal da rede.

A tensão nominal de um transformador é definida para seus enrolamentos primário e secundário sem carga. Devido ao fato de o enrolamento primário do transformador ser um receptor de eletricidade, para o transformador elevador sua tensão nominal é igual à tensão nominal do gerador, e para o transformador abaixador - a tensão nominal do rede.

A tensão do enrolamento secundário do transformador que alimenta a rede em carga deve ser 5% maior que a tensão nominal da rede. Como há uma perda de tensão no próprio transformador sob carga, a tensão nominal (ou seja, tensão de circuito aberto) do enrolamento secundário do transformador é considerada 10% maior que a tensão nominal da rede.

A Tabela 2 mostra as tensões nominais fase-fase de redes elétricas trifásicas com frequência de 50 Hz. As redes elétricas por tensão são condicionalmente divididas em redes de baixa (220–660 V), média (6–35 kV), alta (110–220 kV), ultraalta (330–750 kV) e ultraalta (1000 kV e superior).

Tabela 2. Tensões padrão, kV, de acordo com GOST 29322–92

Nos transportes e na indústria, são usadas as seguintes tensões constantes: para uma rede aérea que alimenta bondes e trólebus - 600 V, vagões do metrô - 825 V, para linhas ferroviárias eletrificadas - 3300 e 1650 V, minas a céu aberto são servidas por trólebus e elétricos locomotivas alimentadas por redes de contato 600, 825, 1650 e 3300 V, o transporte industrial subterrâneo usa uma tensão de 275 V. As redes de fornos de arco têm uma tensão de 75 V, plantas de eletrólise de 220-850 V.

Por design e localização

Redes aéreas e de cabo, fiação e fios diferem em design.

Por localização, as redes são divididas em externas e internas.

As redes externas são implementadas com fios e cabos desencapados (não isolados) (subterrâneos, subaquáticos), internos - com cabos, fios isolados e desencapados, barramentos.

Por natureza do consumo

De acordo com a natureza do consumo, distinguem-se urbanos, industriais, rurais, linhas ferroviárias eletrificadas, oleodutos e gasodutos e sistemas elétricos.

Por nomeação

A diversidade e complexidade das redes elétricas levaram à falta de uma classificação unificada e ao uso de diferentes termos ao classificar as redes por finalidade, função e funções desempenhadas no esquema de fornecimento de energia.

As redes NSElectrical são divididas em backbone e redes de distribuição.

A coluna é chamada de rede elétrica que une as usinas e garante seu funcionamento como um único objeto de controle, enquanto fornece energia das usinas. Filial chamada rede elétrica. fornecimento de distribuição de eletricidade a partir de uma fonte de energia.

No GOST 24291-90, as redes elétricas também são divididas em backbone e redes de distribuição.Além disso, distinguem-se redes urbanas, industriais e rurais.

O objetivo das redes de distribuição é a distribuição adicional de eletricidade da subestação da rede principal (em parte também dos barramentos de tensão de distribuição das usinas) para os pontos centrais das redes urbanas, industriais e rurais.

O primeiro estágio das redes de distribuição pública é de 330 (220) kV, o segundo - 110 kV, então a eletricidade é distribuída através da rede de fornecimento de energia para consumidores individuais.

De acordo com as funções que desempenham, distinguem-se as redes de backbone, abastecimento e distribuição.

Redes principais 330 kV e acima desempenham as funções de formar sistemas unificados de energia.

As redes de fornecimento de energia são destinadas à transmissão de energia elétrica das subestações da malha rodoviária e parcialmente das barras de 110 (220) kV das usinas até os pontos centrais das redes de distribuição - subestações regionais. redes de entrega geralmente fechado. Anteriormente, a tensão dessas redes era de 110 (220) kV, recentemente a tensão das redes elétricas, via de regra, é de 330 kV.

redes de distribuição destinam-se à transmissão de eletricidade em curtas distâncias dos ônibus de baixa tensão das subestações distritais para consumidores urbanos industriais e rurais. Essas redes de distribuição são geralmente abertas ou operam em modo aberto. Anteriormente, essas redes eram realizadas com uma tensão de 35 kV e inferior e agora - 110 (220) kV.

As redes de eletricidade também se subdividem em redes locais e regionais e, adicionalmente, redes de abastecimento e distribuição. As redes locais incluem 35 kV e inferiores e redes regionais — 110 kV e superiores.

Comendo é uma linha que passa de um ponto central a um ponto de distribuição ou diretamente a subestações sem distribuir eletricidade ao longo de seu comprimento.

Filial uma linha é chamada, à qual várias subestações de transformação ou a entrada de instalações elétricas de consumo são conectadas ao longo de seu comprimento.

De acordo com a finalidade do esquema de energia, as redes também são divididas em locais e regionais.

Para os locais incluem redes com baixa densidade de carga e tensão até 35 kV inclusive. São redes urbanas, industriais e rurais. As buchas profundas de 110 kV de comprimento curto também são classificadas como redes locais.

Redes elétricas distritais cobrir grandes áreas e ter uma tensão de 110 kV e acima. Por meio de redes regionais, a eletricidade é transmitida das usinas aos locais de consumo e também distribuída entre regionais e grandes subestações industriais e de transporte que alimentam as redes locais.

As redes regionais incluem as principais redes de sistemas elétricos, as principais linhas de transmissão para comunicação intra e intersistemas.

redes principais fornecer comunicação entre as usinas e com os centros consumidores regionais (subestações regionais). Eles são realizados de acordo com esquemas complexos de vários circuitos.

Linhas de energia do tronco a comunicação intra-sistema fornece comunicação entre usinas localizadas separadamente com a rede principal do sistema elétrico, bem como comunicação de grandes usuários remotos com pontos centrais. Isso geralmente é uma linha aérea de 110-330 kV e maior com um comprimento longo.

De acordo com seu papel no esquema de fornecimento de energia, redes de fornecimento de energia, redes de distribuição e redes principais de sistemas de energia diferem.

Nutritivo são chamadas as redes através das quais a energia é fornecida à subestação e RP, distribuição — redes às quais as subestações elétricas ou transformadoras estão conectadas diretamente (geralmente são redes de até 10 kV, mas muitas vezes as redes ramificadas com tensões mais altas também se referem a redes de distribuição se um grande número de subestações receptoras estiver conectado a elas). Para as principais redes incluem redes com a tensão mais alta, nas quais as conexões mais poderosas são feitas no sistema elétrico.