Напряжения электрических сетей

При передаче больших потоков электрической энергии неизбежны потери активной мощности, которые, согласно закону Джоуля — Ленца, равны:

W =(I·I)·R·t,

где I – величина силы тока, А;

R – активное сопротивление линии, Ом;

t – время, с.

Для уменьшения потерь передача и распределение ЭЭ производятся на высоких напряжениях.

По уровню номинального напряжения электрические сети иногда делят на сети низкого (до 1 кВ), среднего (выше 1 кВ до 35 кВ включительно), высокого (110–220 кВ), сверхвысокого (330–750 кВ) и ультравысокого (выше 1000 кВ) напряжений. Напряжение приемников электроэнергии, генераторов и трансформаторов, при котором они нормально и наиболее экономично работают, называют номинальным. Это напряжение указывают в паспорте электрической машины и аппарата.

В установках трехфазного тока номинальным принято считать значение междуфазного напряжения. Поэтому если номинальное напряжение линии – 35 кВ, ее фазное напряжение будет в 3 раз меньше, т.е. 20,2 кВ.

Номинальные напряжения электрических сетей и присоединяемых к ним источников и приемников ЭЭ устанавливаются ГОСТом. Шкала номинальных напряжений для сетей переменного тока частотой 50 Гц:

— до 1000 В: 12, 24, 36, 42, 127, 220, 380 В;

— выше 1000 В: 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ.

Для электрических сетей трехфазного переменного тока напряжением до 1000 В и присоединенных к ним источников и приемников электроэнергии ГОСТ 721-78 устанавливает следующие значения номинальных напряжений:

— сети и приемники – 380/220 В; 660/380 В.

— источники – 400/230 В; 690/400 В.

Номинальное напряжение генераторов с целью компенсации потери напряжения в питаемой ими сети принимается на 5 % больше номинального напряжения этой сети. Номинальные напряжения первичных обмоток, повышающих трансформаторов, присоединяемых к генераторам, приняты также на 5 % больше номинальных напряжений подключаемых к ним линий. Первичные обмотки понижающих трансформаторов имеют номинальные напряжения, равные номинальным напряжениям питающих их линий.

Выбор стандартного напряжения определяет построение всей системы ЭСПП. Для внутрицеховых электрических сетей наиболее распространено напряжение 380/220 В, основное преимущество которого — возможность совместного питания силовых и осветительных ЭП. Наибольшая единичная мощность трехфазных ЭП 380/220 В, как правило, не должна превышать 200–250 кВт, допускающая применение коммутирующей аппаратуры на ток до 630 А. Значительное увеличение электрических нагрузок потребителей (их число и единичная мощность) привело к введению повышенного напряжения — 660 В.

Напряжение 660 В:

— целесообразно на предприятиях, на которых (по условиям планировки цехового оборудования, технологии и окружающей среды) нельзя или трудно приблизить цеховые ТП к ЭП. Это имеет место в угольных шахтах, в карьерах, в нефтедобывающей и химической промышленности, на цементных заводах и т.п. Расстояние от ТП до ЭП при этом увеличивается, и становится необходимым для снижения потерь ЭЭ принять повышенное напряжение распределительной сети 660 В;

— целесообразно на предприятиях с высокой удельной плотностью электрических нагрузок и большим числом электродвигателей в диапазоне мощностей 200–600 кВт;

— позволяет увеличить радиус действия цеховых ТП примерно в 2 раза;

— позволяет повысить единичную мощность трансформаторов, сократить число цеховых ТП, линий и аппаратов напряжением выше 1000 В;

— позволяет снизить в 2 раза расход цветных металлов;

— позволяет увеличить пропускную способность сети 660/380 В в 3 раз.

Недостатки напряжения 660 В:

— необходимость раздельного питания силовых и осветительных ЭП;

— повышенная степень опасности поражения электрическим током.

Напряжение до 42 В (24 В или 36 В) применяется в помещениях с повышенной опасностью для стационарного местного освещения и ручных переносных ламп.

Напряжение 12 В применяется только при особо неблагоприятных условиях в отношении опасности поражения электрическим током (например, при работе в котлах или других металлических резервуарах), для питания ручных переносных светильников.

В зависимости от установленной мощности промышленные предприятия подразделяются на предприятия:

— малой мощности (1–5 МВт);

— средней мощности (5–75 МВт);

— большой мощности (более 75 МВт).

Напряжения 6 и 10 кВ используются для питания предприятий малой мощности и во внутризаводских распределительных сетях. Напряжение 10 кВ является предпочтительным. Напряжение 6 кВ целесообразно тогда, когда нагрузки и ТП предприятия получают питание от шин генераторов собственной ТЭЦ, а также при наличии значительного числа ЭП на номинальное напряжение 6 кВ.

Напряжение 35 кВ используется:

— для создания центров питания предприятий средней мощности, если распределительные сети выполняются на напряжение 6–10 кВ;

— для электроснабжения крупных предприятий с удаленными (5–20 км) ЭП на это напряжение;

— в схемах глубокого ввода.

Напряжение 110 кВ находит сейчас все большее применение в качестве питающего напряжения на предприятиях средней мощности и в качестве распределительного по схеме глубокого ввода — большой мощности.

Напряжение 220 кВ применяется для питания крупных энергоемких предприятий от ТП районных энергосистем, а также для распределения ЭЭ на первой ступени схемы электроснабжения.