§ 35. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

►   Электрическую энергию от источников к потребителям передают с помощью электрических сетей. В их состав входят все сооружения по передаче, преобразованию и распределению электрической энергии: трансформаторные подстанции, открытые и закрытые распределительные устройства, линии электропередачи.

Электрические сети классифицируют:

по виду тока — сети постоянного и переменного тока;

по значению передавамого напряжения — сети низкого (до 1 кВ), среднего (от 1 до 35 кВ), высокого (от 35 до 400 кВ) и сверхвысокого (свыше 400 кВ) напряжения;

по назначению — межсистемные, магистральные и распределительные;

по конструктивному исполнению — воздушные, кабельные, внутренние.

Для передачи и распределения электрической энергии используют исключительно сети переменного тока с частотой 50 Гц, а в некоторых странах Азии и Америки — 60 Гц.

►   Межсистемные электрические сети (линии электропередачи— ЛЭП) служат для связи между отдельными электроэнергетическими системами, магистральные сети — для транспортировки энергии от электростанций к районным подстанциям, распределительные сети — для распределения электроэнергии между потребителями.

Сооружение высоковольтных электрических сетей позволяет передавать электрическую энергию на большие расстояния при сравнительно небольших ее потерях. Потери мощности увеличиваются пропорционально квадрату силы тока Р=I²R. Передача больших мощностей при низком напряжении тока технически нецелесообразна и экономически невыгодна (надо увеличивать сечение проводов).

П р и м е р. Определить потери мощности в однофазной линии электропередачи (фаза и нуль) длиной l=150 км и соs=1 с сечением проводов S=35 мм², при передаче мощности Р=100 кВт с напряжением 10 и 100 кВ. Удельное сопротивление алюминиевых проводов =0,028 мм²/м.

1. Определим сопротивление проводов линии электропередачи:

Рис. 157. Схема с четырьмя проводниками и с заземленной нейтралью

2. Сила тока при напряжении 10 и 100 кВ соответственно:

3. Потери мощности при передаче энергии в зависимости от напряжения

Из полученных результатов видно, что перенос мощности при напряжении 10 кВ приводит к большим потерям, равным почти ¼ передаваемой электрической энергии. При напряжении 100 кВ эти потери незначительны.

►   Электрические сети для среднего, высокого и сверхвысокого напряжений выполняют трехфазными. Для сетей низкого напряжения принята схема с четырьмя проводами и с заземленной нейтралью (рис. 157).

Таким образом, имеется возможность получать два напряжения: фазное 220 В для освещения и питания однофазных потребителей (1—3) и линейное (межфазное) 380 В для силовых потребителей (4). Кроме того, наличие нулевого проводника обеспечивает электрическую безопасность потребителей.

Воздушные линии электропередачи. Такие линии выполняют из неизолированных проводов 1, укрепленных на опорах 3 с помощью изоляторов 2 (рис. 158). На протяжении линии электропередачи изолятором служит воздух. Провода бывают одножильными, многожильными и специального профиля. Чаще всего используются многожильные проводники, такие, как ороказано на рис. 159. Они гибче и обладают большей механической прочностью. Провода специального профиля используют при сооружении контактных сетей электрического транспорта.

Провода для электропередачи могут быть изготовлены из меди, алюминия, стали, а также из стали и алюминия. Медь — дефицитный материал, поэтому для проводов ее используют очень редко. Чаще всего применяют многожильные провода из стали и алюминия. Сердцевина такого провода стальная, а на нее навиты алюминиевые жилы. За счет этого получают хорошие электрическую проводимость (алюминий) и механическую прочность (сталь).

Стальные провода используют преимущественно для защиты от молний и монтируют над фазными проводами в линиях электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения.

В линиях электропередачи с напряжением свыше 220 кВ используют пучки проводников: каждый фазный проводник состоит из нескольких параллельных многожильных проводов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга (40—60 см) и связанных между собой специальными держателями (распорками).

В населенных пунктах воздушные сети низкого напряжения выполняют со следующим расположением проводов (рис. 160): сверху устанавливают три фазных провода 1, под ними нулевой провод 2, а снизу — провод 3 для уличного освещения. Во многих случаях на том же столбе, но ниже, располагают еще два провода 4 для радиотрансляционной сети.

Опоры 5 (столбы) в зависимости от материала, из которого они изготовлены, бывают деревянными, железобетонными и металлическими. Деревянные опоры используют весьма редко. Железобетонные опоры дешевле и служат дольше. Их применяют для линий электропередачи напряжением до ПО кВ. Металлические опоры делают решетчатыми из стальных профилей. На них выполняют линии электропередачи для высоких и сверхвысоких напряжений (см. 2 на рис. 158).

Рис. 158. Воздушная линия электропередачи		Рис. 159. Многожильный проводник

Рис. 160. Расположение проводов воздушной сети низкого напряжения

Изоляторы изготовляют из фарфора или стекла. В зависимости от конструктивного выполнения они бывают закрепленными и висящими. Закрепленные изоляторы используют для напряжений до 35 кВ включительно. Для более высокого напряжения применяют висящие изоляторы, из которых сооружают изоляторные гирлянды (цепи). Число изоляторных элементов в одной гирлянде определяется напряжением линии электропередачи.

►   Следует отметить, что с увеличением напряжения линий электропередачи уменьшается площадь земли, занимаемая трассой на единицу передаваемой мощности (рис. 161). На рисунке площадь прямоугольника соответствует максимальной пропускной мощности ЛЭП, а длина основания — ширине трассы.

Рис. 161. Диаграмма площади земли, занимаемой линией электропередачи различного напряжения

Кабельные линии электропередачи. Линии электропередачи можно выполнять путем укладки кабелей в землю. Конструкция используемых кабелей определяется напряжением, числом и сечением жил, условиями работы. Токопроводящие жилы изготовляют из меди или алюминия. Кабели бывают одножильными и многожильными. В зависимости от числа жил различают одно-, двух-, трех- и четырехжильные кабели. Четырехжильные кабели используют в сетях низкого напряжения, причем одна из жил является нулевым проводом.

В последние годы проводят интенсивную научно-исследовательскую работу по созданию и внедрению сверхпроводящих кабелей. Жилы этих кабелей, будучи охлажденными жидким гелием, водородом и др., находятся в состоянии сверхпроводимости. Используют также материалы, обладающие высокотемпературной сверхпроводимостью.

►   Для кабельных линий электропередачи не требуются трассы, они не подвержены влиянию атмосферных явлений, удобны для городских условий и др. Однако они капиталоемки, а их повреждения труднее обнаружить.

Рис. 162. Короткое замыкание в электрических сетях с изолированной (а) и заземленной (б) нейтралью

Короткое замыкание в электрических сетях. Каждое непредусмотренное металлическое соединение между фазными проводниками (рис. 162, а), а при соединении в звезду с заземленной нейтралью — между фазным проводником и землей или между фазным и нулевым проводниками (рис. 162, б) называют коротким замыканием. Причинами короткого замыкания могут быть нарушенная изоляция, порванные проводники, неправильные действия персонала и др. Ток, протекающий в этом случае, многократно превышает номинальный и приводит к большим перегревам и механическим нарушениям электрических сооружений.

►   Для быстрого отключения линии при замыкании и для предохранения электрических сооружений от повреждений обязательно в начале каждой токопроводящей линии ставить защиту от максимального тока с помощью плавкого предохранителя, автоматических выключателей или реле максимального тока (в зависимости от конкретных требований).