Sieci i urządzenia elektroenergetyczne.doc

11

1.Sieci i urządzenia elektroenergetyczne

Wytwarzanie i zapotrzebowanie energii elektryczne w Polsce (1999r):

a)      moc zainstalowana generatorów 36000MW,

b)     największa moc zapotrzebowana 25000MW

Grupy odbiorców:

a)      Grupa V p < 40kW, zabezpieczenie przelicznikowe IN < 63A zasilane z sieci rozdzielczej nn napięciem UN = 0,4kV,

b)     Grupa IV – p > 40kW zabezpieczenia przelicznikowe IN > 63A, zasilane z sieci rozdzielczej nn napięcie UN = 0,4kV,

c)      Grupa III – S = 5 ÷ 15MW, zasilane z sieci rozdzielczej SN,

d)     Grupa II – S = 15 ÷ 50MW, zasilane z sieci rozdzielczej 1000kV,

e)      Grupa I – S > 50MW zasilane bezpośrednio z sieci przesyłowej.

Linie elektroenergetyczne eksploatowane w Polsce:

·         Napowietrzne wysokiego napięcia (NN, WN) o UN = 400, 220, 110, 750kV (aktualnie wyłączona),

·         Napowietrzne średniego napięcia (SN) o UN 30, 20, 15, 10, 6kV,

·         Napowietrzne niskiego napięcia (nn) o UN poniżej 1kV

·         Kablowe: NN (400kV pradu stałego), Sn i nn.

W zależności od UN linie pełnią rolę:

·         Przesyłowych wysokiego napięcia,

·         Sieci rozdzielczej i dystrybucyjnej,

·         Sieci rozdzielczej i odbiorczej nn.

1.1.Linie przesyłowe wysokiego napięcia

Obejmują linie o UN = 750, 400, 220kV prądu przemiennego oraz 400kV prądu stałego. Tworzą KSE – eksploatacje prowadzi Spółka Akcyjna Polskie Sieci Elektroenergetyczne (rys.1.2)

Długość linii: 7650kV – 112km, 400kV – 4320km, 220kV – 8182km.

W liniach NN i WN przewody robocze wykonywane są z linki stalowo-aluminiowej typu AFL o przekroju roboczym do 530mm2. Dla ograniczenia strat ulotnych (wskutek wyładowań niezupełnych) przewody robocze wykonane są w postaci wiązek wieloprzewodowych, symetrycznych lub niesymetrycznych, zawierających od dwóch do ośmiu przewodów utrzymywanych w stałych wzajemnych odległościach (35÷40cm) między sobą przy pomocy tzw. odstępników (element izolacyjny). Na przewody odgromowe stosuje się linki stalowe, ocynkowane. W najnowszych rozwiązaniach – przewody odgromowe są nośnikami kabli światłowodowych (rys.1.3)

Konstrukcje wsporcze – słupy kratowe z kształtników stalowych, zabezpieczone trwale przed procesami korozyjnymi 9poprzez cynowanie i malowania farbami antykorozyjnymi). (Rys.1.4., 1.5)

1.2.Sieci rozdzielcze i przesyłowe

Sieci rozdzielcze stanowią linie napowietrzne UN = 110kV prądu przemiennego. Łączna długość linii sieci rozdzielczej – 36.325km. Sieć dystrybucyjną stanowią linie napowietrzne (LN) i kablowe (LK) SN o łącznej długości 350.000km. W liniach napowietrznych SN oprócz gołych linek stalowo-aluminiowych typ AFL o przekroju 120mm2 wykorzystuje się przewody izolowane, w których przewodzące żyły aluminiowe (lub stopy AL.):

a)      powlekane są stosunkowo cienką warstwą izolacji i zamieszczone na izolatorach w pewnej odległości od siebie,

b)     są w pełni izolowane, skręcone w wiązkę trójprzewodową i wyposażone w stalową linię nośną.

W terenie zabudowanym sieć dystrybucyjną stanowią linie kablowe SN o przekroju żyły roboczej dobranej do przepustowości LN 9mogą być to nawet przekroje 240, 525mm2).

Linie kablowe pracują (przeważnie) w układzie promieniowym, natomiast napowietrzne w układzie zamkniętym selekcjonowanym.

1.3.Elektroenergetyczna sieć rozdzielcza i odbiorcza nn

Obejmuje linie napowietrzne (LN) i linie kablowe (LK) pradu przemiennego o UN < 1kV i pradu stałego o UN < 1,5kV. W skład ww. sieci wchodzą:

·         przewody i kable elektroenergetyczne (podstawowe elementy),

·         elektroenergetyczne urządzenie łączenie, zabezpieczenie, ochronne, sterujące i pomiarowe z obudowami, konstrukcji wsporcze LN i osprzęt kablowy.

Z sieci odbiorczej zasilane są instalacje, które ze względu na rodzaj zasilanych obwodów, dzielą się na rodzaj zasilanych obwodów, dzielą się na instalacje:

·         oświetleniowe – zasilające nie tylko źródło światła, ale także urządzenia elektryczne o niewielkiej mocy (np. zainstalowane w mieszkaniach o mocy PN < 2kW),

·         siłowe – zasilające silniki elektryczne, przemysłowe urządzenia grzejne, kuchnie elektryczne, przepływowe podgrzewanie wody (duże moce), wirniki, parowniki, itp.

Ze względu na miejsce występowania instalacje elektryczne dzielą się na

·         nieprzemysłowe – zasilające odbiorniki elektryczne w budynkach mieszkalnych, biurowych, szkolnych,

·         przemysłowe – wykonane w zakładach i pomieszczeniach o przesyłowym znaczeniu,

·         inne – np. w gospodarstwach rolniczych i ogrodniczych, hodowlanych górnictwie.

W zależności od czasu użytkowania dzielimy na:

·         stałe,

·         prowizoryczne (tymczasowe) – czas eksploatacyjny krótszy od 3 lat(np. plan budowy). Muszą spełniać zapewniać m.in. taką samą ochronę przeciwporażeniową i pożarową jak instalacje stałe.

W celu spełnienia swoich zadań, wszystkie wymienione sieci powinny być tak zaprojektowane, wyposażone i wykonane, ażeby zapewniały:

·         dostarczenie energii elektrycznej w sposób niezawodny,

·         odpowiednia jakość energii elektrycznej w (tj. odpowiedni poziom napięcia, brak wahań, symetrię napięć w układzie trójfazowym, kształt krzywej napięcia),

·         dużą elastyczność (tzn. łatwość w dostosowaniu do zmiennych warunków odbioru i stworzenie możliwości dalszej rozbudowy),

·         przemysł dystrybucję i rozdział energii elektrycznej przy minimalnych kosztach budowy i eksploatacji,

·         bezpieczeństwo dla życia i mienia ludzkiego.

1.4.Klasyfikacja sieci elektroenergetycznej

Ze względu na rodzaj zastosowanego prądu:

1)     prądu stałego (trakcji transformatorowych – 750V i kolejowych 3 i 10kV), linie przesyłowe 400 i 800kV),

2)     prądu przemiennego głównie częstotliwość 50Hz (USA – 60Hz, niekiedy 25 i 16 2/3Hz do bezpośredniego zasilania silników trakcyjnych).

Z punktu widzenia wysokiego napięcia. Najprostszy i najczęściej stosowany podział to na sieci niskiego i wysokiego napięcia.

Sieci niskiego napięcia to takie, w którym wartość skuteczna napięcia przemiennego nie przekracza 1kV, a prądu stałego 1,5kV.

Sieci prądu przemiennego 1kV względem na wartość napięcia znamionowego dzieli się na:

·         ultra wysokie napięcie (UWN) UN ≥ 735kV,

·         najwyższego napięcia (NN) 220kV ≤ UN ≤ 500kV

·         wysokiego napięcia (WN) 60kV ≤ UN ≤ 150kV,

·         średniego napięcia (SN) 1kV ≤ UN ≤ 60kV.

Napięcie stosowane w połączeniach sieciach elektroenergetycznych:

a)      750kV, 400kV, (220kV), 119kV, (60kV), (40kV). 930kV), 20kV, 15kV, (10kV), 6kV, (5kV), a poniżej 1kV głownie 380V, a także (500V) i (600V). Napięcie podane w nawiasach ulegają eliminacji.

b)     Prądu stałego 2, 4, 6, 12, 48, 60, 80, 110, 160, 220, 440, 750, 1500, 3000V, 400kV (pomorska linia kablowa).

Ze względu na rodzaj zasilania rozróżnia się:

·         - linie jednostronnie zasilane – zwane też liniami otwartymi lub promieniowymi (rys. 1.6a),

·         - linie dwustronnie zasilane – zwane także liniami zamkniętymi (rys.1.6b). Szczególnym przypadkiem linii dwustronnie zasilanej jest linia okrężna, zwana również pętlowa (rys.1.6.c) zasilana z jednej strony,

·         - sieci węzłowe – muszą posiadać przynajmniej jeden węzeł zasilany z trzech stron (rys.1.6d)

Każda z ww. linii może być linią rozgałęźną zasilającą kilku odbiorców różnej konfiguracji. Przykład – linie rozgałęźne jedno i dwustronnie zasilane (rys.1.7)

Linie napowietrzne i pętlowe mogą być w wykorzystaniu dwu i wielo liniowych, tj. w układzie rezerwowym (rys.1.8)

Układ pętlicowy zasilający z dwóch różnych stron 9stacj STR przewodzi układ z rys. 1.9

Często stosowany jest podział sieci na otwarte i zamknięte.

Siecią otwartą stanowi sieć, której graf (tj. schemat jednokreskowy) ma postać drzewa. Należy do niej sieć promieniowa jedno i wieloliniowa oraz pętlowa rozcięta w sposób gwarantowany otrzymanie takiego grafu. Typowym przykładem sieci otwartej jest pracująca w Polsce sieć SN.

Sieć zamknięta to taka, której graf ma postać oczka. Przykładem sieci zamkniętej są pracujące w Polsce sieci przesyłowe najwyższych napięć NN (rys.1.9a)

Ze względu na dokładność obliczeń. Obliczenia przeprowadza w linii elektroenergetycznej dotyczą związku pomiędzy napięciami i prądami na jej początku i końcu. W linii jednofazowej i trójfazowej symetrycznej w związek ten opisany jest tzw. równanie linii długiej.

W zależności od dokładności obliczonych i przyjętych uproszczeń wyróżniamy:

·         linię I rodzaju, dla której przyjmuje się, że X0 = 0, G0 = 0, B0 = 0. Jest rezystancja (rys.1.10a),

·         linię II rodzaju, dla której G0 = 0, B0 = 0. To linie napowietrzne SN do 30kW, impedancja podłużna, rys.1.10b

·         linię III rodzaju tj. linie napowietrzne o długości mniejszej od 400km i linie kablowe o napięciu wyższym od 30km. Impedancja i admitancja. Rys.1.10c

·         linię IV rodzaju obejmujące linie najwyższych napięcia o długości przekraczających 400km, dla których w schematach zastępczych nie można stosować czwórniki typu π

1.5.Układy sieciowe

W zależności od napięcia znamionowego, przeznaczenia linii oraz sposobu zasilaniu – stosuje się różne układy sieciowe. Stosowane w Polsce układy sieciowe podano na kolejnych rysunkach.

·         dwuprzewodowy system prądu stałego (stosowany głównie w trakcji) – rys.1.11,

·         trójprzewodowy system prądu stałego (linie przepustowe prądu stałego) – rys.1.12,

·         trójfazowy trójprzewodowy system prądu przemiennego z bezpośrednio uziemionym punktem neutralnym – rys.1.13,

·         trójfazowy trójprzewodowy system prądu przemiennego: a) izolowanym punktem neutralnym, b) z pośrednio uziemionym punktem neutralnym – rys.1.14.

Trójfazowe nn sieci elektroenergetyczne prądu przemiennego w zależności od sposobu uziemienia punktu neutralnego źródła zasilającego mogą być wykorzystane jako z uziemionym lub izolowanym punktem neutralnym względem ziemi. Różne układy sieci nn – rys.1.15

              L1, L2, L3 – przewody fazowe,

              N – przewód neutralny,

              PE – przewód ochronny,

              PEN – przewód ochronno-neutralny,

              UKSI – urządzenie konsoli stanu izolacji

              I – bezpiecznik iskrowy.

Pokazane układy na rysunku różnią się od siebie:

·         sposobem połączenia punkty zerowego źródła z ziemią,

·         liczbą przewodów przewodzących,

·         różnymi systemami ochrony przeciwporażeniowej w nich stosowanymi.

W stosowanym sposobie oznaczeń układów sieciowych:

·         pierwsza litera (T lub I) oznacza związek pomiędzy układem sieci a ziemią,

·         druga 9N lub T) sposób połączenia z ziemią części przewodzących urządzeń nie pozostaje w normalnych warunkach pracy pod napięciem,

·         trzecia i czwarta ( C lub/oraz S) określa, czy układ ma wspólny przewód ochronno-neutralny PEN (litera C), czy przewód neutralny (N) i ochronny (PE) są rozdzielone 9S). Jeżeli sieć jest uziemiona (TN, TT), to uziemienie wykonane jest blisko źródła zasilania przeważnie uziemia się punkt neutralny transformator bezpośrednio w stacji transformatorowo-rozdzielczej).