Classification des réseaux électriques

Les réseaux électriques sont classés selon un certain nombre d'indicateurs qui caractérisent à la fois le réseau dans son ensemble et les lignes de transmission individuelles (PTL).

Par la nature du courant

Les réseaux AC et DC se distinguent par le courant.

Le courant alternatif triphasé 50 Hz présente plusieurs avantages par rapport au courant continu :

• la capacité de passer d'une tension à une autre dans une large gamme ;

• la capacité de transmettre de grandes puissances sur de longues distances, ce qui est réalisé. Ceci est réalisé en transformant la tension des générateurs en une tension plus élevée pour transmettre l'électricité le long de la ligne et en reconvertissant la haute tension en basse tension au point de réception. Dans ce mode de transmission de puissance, les pertes dans la ligne sont réduites car elles dépendent du courant dans la ligne, et le courant pour une même puissance est d'autant plus faible que la tension est élevée ;

• à courant alternatif triphasé, la construction des moteurs électriques asynchrones est simple et fiable (pas de collecteur). La construction d'un alternateur synchrone est également plus simple qu'un générateur à courant continu (pas de collecteur, etc.) ;

Les inconvénients du CA sont :

• la nécessité de générer de la puissance réactive, qui est nécessaire principalement pour créer des champs magnétiques de transformateurs et de moteurs électriques. Le carburant (en TPP) et l'eau (en HPP) ne sont pas consommés pour générer de l'énergie réactive, mais le courant réactif (courant magnétisant) circulant dans les lignes et les enroulements des transformateurs est inutile (au sens d'utiliser des lignes pour transmettre de l'énergie active) il les surcharge, y provoque des pertes de puissance active et limite la puissance active transmise. Le rapport puissance réactive sur puissance active caractérise le facteur de puissance de l'installation (plus le facteur de puissance est faible, moins les réseaux électriques sont utilisés) ;

• des batteries de condensateurs ou des compensateurs synchrones sont souvent utilisés pour augmenter le facteur de puissance, ce qui rend les installations en courant alternatif plus coûteuses ;

• la transmission de très grandes puissances sur de longues distances est limitée par la stabilité du fonctionnement en parallèle des systèmes électriques entre lesquels la puissance est transmise.

Les avantages du courant continu incluent :

• absence de composante de courant réactive (pleine utilisation des lignes possible) ;

• réglage pratique et fluide dans une large plage du nombre de tours des moteurs à courant continu;

• couple de démarrage élevé dans les moteurs en série, qui ont trouvé une large application dans la traction électrique et les grues ;

• possibilité d'électrolyse, etc.

Les principaux inconvénients du DC sont :

• impossibilité de conversion par simple courant continu d'une tension à une autre ;

• l'impossibilité de créer des générateurs de courant continu haute tension (HT) pour le transport de puissance sur des distances relativement longues ;

• la difficulté d'obtenir du courant continu HT : pour cela il faut redresser le courant alternatif de la haute tension puis au point de réception le transformer en courant alternatif triphasé. L'application principale est dérivée des réseaux à courant alternatif triphasé. Avec un grand nombre de récepteurs électriques monophasés, les dérivations monophasées sont réalisées à partir d'un réseau triphasé. Les avantages d'un système à courant alternatif triphasé sont :

• l'utilisation d'un système triphasé pour créer un champ magnétique tournant permet de mettre en oeuvre des moteurs électriques simples ;

• dans un système triphasé, la perte de puissance est moindre que dans un système monophasé. La preuve de cette affirmation est donnée dans le tableau 1.

Tableau 1. Comparaison d'un système triphasé (trois fils) avec un système monophasé (deux fils)

Comme le montre le tableau (lignes 5 et 6), dP1= 2dP3 et dQ1= 2dQ3, c'est-à-dire les pertes de puissance dans un système monophasé à la même puissance S et à la même tension U sont deux fois plus importantes. Cependant, dans un système monophasé, il y a deux fils et dans un système triphasé - trois.

Pour que la consommation de métal soit la même, il faut réduire de 1,5 fois la section des conducteurs de la ligne triphasée par rapport à la ligne monophasée. Le même nombre de fois sera une plus grande résistance, c'est-à-dire R3= 1.5R1... En substituant cette valeur dans l'expression de dP3, on obtient dP3 = (1.5S2/ U2) R1, c'est-à-dire les pertes de puissance active dans une ligne monophasée sont 2 / 1,5 = 1,33 fois plus que dans une ligne triphasée.

Utilisation CC

Les réseaux à courant continu sont construits pour alimenter les entreprises industrielles (ateliers d'électrolyse, fours électriques, etc.), les transports électriques urbains (tramway, trolleybus, métro). Pour plus de détails voir ici : Où et comment DC est utilisé

L'électrification du transport ferroviaire s'effectue à la fois en courant continu et en courant alternatif.

Le courant continu est également utilisé pour transmettre de l'énergie sur de longues distances, car l'utilisation du courant alternatif à cette fin est associée à la difficulté d'assurer un fonctionnement parallèle stable des générateurs de la centrale électrique. Dans ce cas, cependant, seule une ligne de transmission fonctionne en courant continu, à l'extrémité de laquelle le courant alternatif est converti en courant continu, et à l'extrémité de réception, le courant continu est inversé en courant alternatif.

Le courant continu peut être utilisé dans les réseaux de transmission à courant alternatif pour organiser la connexion de deux systèmes électriques sous forme de courant continu - transmission d'énergie constante de longueur nulle, lorsque deux systèmes électriques sont connectés l'un à l'autre via un bloc redresseur-transformateur. Dans le même temps, les écarts de fréquence dans chacun des systèmes électriques n'affectent pratiquement pas la puissance transmise.

La recherche et le développement sont actuellement en cours sur la transmission d'énergie à courant pulsé, où l'énergie est transmise simultanément par courant alternatif et courant continu sur une ligne électrique commune. Dans ce cas, il est prévu d'imposer aux trois phases de la ligne de transmission alternative une tension constante par rapport à la terre, créée au moyen d'installations de transformateurs aux extrémités de la ligne de transmission.

Cette méthode de transmission de puissance permet une meilleure utilisation de l'isolation des lignes électriques et augmente sa capacité de charge par rapport à la transmission en courant alternatif, et facilite également la sélection de la puissance des lignes électriques par rapport à la transmission en courant continu.

Par tension

Par tension, les réseaux électriques sont divisés en réseaux avec une tension allant jusqu'à 1 kV et supérieure à 1 kV.

Chaque réseau électrique est caractérisé par tension nominale, qui assure le fonctionnement normal et le plus économique de l'équipement.

Distinguer la tension nominale des générateurs, des transformateurs, des réseaux et des récepteurs électriques. La tension nominale du réseau coïncide avec la tension nominale des consommateurs d'énergie, et la tension nominale du générateur, selon les conditions de compensation des pertes de tension dans le réseau, est prise 5% supérieure à la tension nominale du réseau.

La tension nominale d'un transformateur est définie pour ses enroulements primaire et secondaire à vide. En raison du fait que l'enroulement primaire du transformateur est un récepteur d'électricité, pour le transformateur élévateur, sa tension nominale est prise égale à la tension nominale du générateur, et pour le transformateur abaisseur - la tension nominale du réseau.

La tension de l'enroulement secondaire du transformateur alimentant le réseau en charge doit être supérieure de 5 % à la tension nominale du réseau. Puisqu'il y a une perte de tension dans le transformateur lui-même sous charge, la tension nominale (c'est-à-dire la tension en circuit ouvert) de l'enroulement secondaire du transformateur est supérieure de 10 % à la tension nominale du secteur.

Le tableau 2 indique les tensions nominales entre phases des réseaux électriques triphasés avec une fréquence de 50 Hz. Les réseaux électriques par tension sont conditionnellement divisés en réseaux à basse (220–660 V), moyenne (6–35 kV), haute (110–220 kV), ultra haute (330–750 kV) et ultra haute (1000 kV et plus).

Tableau 2. Tensions standard, kV, selon GOST 29322–92

Dans les transports et l'industrie, les tensions constantes suivantes sont utilisées : pour un réseau aérien alimentant les tramways et les trolleybus — 600 V, les voitures de métro — 825 V, pour les lignes ferroviaires électrifiées — 3 300 et 1 650 V, les mines à ciel ouvert sont desservies par des trolleybus et des les locomotives alimentées par les réseaux de contact 600, 825, 1650 et 3300 V, les transports industriels souterrains utilisent une tension de 275 V. Les réseaux de fours à arc ont une tension de 75 V, les usines d'électrolyse 220-850 V.

Par conception et emplacement

Les réseaux aériens et câblés, le câblage et les fils diffèrent par leur conception.

Par emplacement, les réseaux sont divisés en externes et internes.

Les réseaux externes sont mis en œuvre avec des fils et des câbles nus (non isolés) (souterrains, sous-marins), internes - avec des câbles, des fils isolés et nus, des bus.

Par nature de consommation

Selon la nature de la consommation, on distingue les lignes ferroviaires urbaines, industrielles, rurales, électrifiées, les oléoducs et gazoducs et les systèmes électriques.

Sur rendez-vous

La diversité et la complexité des réseaux électriques ont conduit à l'absence d'une classification unifiée et à l'utilisation de termes différents lors de la classification des réseaux par objectif, rôle et fonctions exécutées dans le schéma d'alimentation électrique.

Les réseaux électriques sont divisés en réseaux fédérateurs et réseaux de distribution.

La colonne vertébrale est appelé un réseau électrique qui unit les centrales électriques et assure leur fonctionnement comme un objet de contrôle unique, tout en fournissant de l'énergie à partir des centrales électriques. Bifurquer appelé réseau électrique. assurer la distribution d'électricité à partir d'une source d'alimentation.

Dans GOST 24291-90, les réseaux électriques sont également divisés en réseaux de base et réseaux de distribution.De plus, les réseaux urbains, industriels et ruraux sont distingués.

L'objectif des réseaux de distribution est la distribution ultérieure de l'électricité depuis la sous-station du réseau dorsal (en partie également depuis les bus de tension de distribution des centrales électriques) jusqu'aux points centraux des réseaux urbains, industriels et ruraux.

La première étape des réseaux de distribution publics est de 330 (220) kV, la seconde de 110 kV, puis l'électricité est distribuée via le réseau d'alimentation aux consommateurs individuels.

Selon les fonctions qu'ils remplissent, les réseaux de base, d'approvisionnement et de distribution sont distingués.

Réseaux principaux 330 kV et plus remplissent les fonctions de formation de systèmes énergétiques unifiés.

Les réseaux d'alimentation électrique sont destinés au transport de l'électricité depuis les sous-stations du réseau routier et partiellement les bus 110 (220) kV des centrales électriques jusqu'aux points centraux des réseaux de distribution — sous-stations régionales. Réseaux de distribution généralement fermé. Auparavant, la tension de ces réseaux était de 110 (220) kV, récemment la tension des réseaux électriques est généralement de 330 kV.

Réseaux de distribution sont destinés au transport de l'électricité sur de courtes distances depuis les bus basse tension des sous-stations de district jusqu'aux consommateurs urbains industriels et ruraux. Ces réseaux de distribution sont généralement ouverts ou fonctionnent en mode ouvert. Auparavant, ces réseaux étaient réalisés à une tension de 35 kV et moins, et maintenant - 110 (220) kV.

Les réseaux électriques sont également subdivisés en réseaux locaux et régionaux et, en complément, en réseaux d'approvisionnement et de distribution. Les réseaux locaux comprennent 35 kV et moins, et les réseaux régionaux — 110 kV et plus.

Alimentaire est une ligne passant d'un point central à un point de distribution ou directement à des sous-stations sans distribuer d'électricité sur sa longueur.

Bifurquer une ligne est appelée, à laquelle plusieurs sous-stations de transformation ou l'entrée des installations électriques des consommateurs sont connectées sur leur longueur.

Selon l'objectif du schéma électrique, les réseaux sont également divisés en local et régional.

Aux locaux comprennent les réseaux à faible densité de charge et tension jusqu'à 35 kV inclus. Il s'agit de réseaux urbains, industriels et ruraux. Les traversées profondes courtes de 110 kV sont également classées comme réseaux locaux.

Réseaux électriques de quartier couvrir de vastes zones et avoir une tension de 110 kV et plus. A travers les réseaux régionaux, l'électricité est acheminée des centrales électriques vers les lieux de consommation, et également distribuée entre les grandes sous-stations industrielles et de transport régionales qui alimentent les réseaux locaux.

Les réseaux régionaux comprennent les principaux réseaux de systèmes électriques, les principales lignes de transmission pour la communication intra- et inter-systèmes.

Réseaux centraux assurer la communication entre les centrales électriques et avec les centres de consommation régionaux (sous-stations régionales). Ils sont réalisés selon des schémas multi-circuits complexes.

Lignes électriques du tronc la communication intra-système assure la communication entre des centrales électriques situées séparément avec le réseau principal du système électrique, ainsi que la communication de grands utilisateurs distants avec des points centraux. Il s'agit généralement d'une ligne aérienne de 110 à 330 kV et plus avec une grande longueur.

Selon leur rôle dans le schéma d'alimentation électrique, les réseaux d'alimentation électrique, les réseaux de distribution et les réseaux principaux des systèmes électriques diffèrent.

Nourrissant sont appelés les réseaux par lesquels l'énergie est fournie à la sous-station et RP, distribution — les réseaux auxquels les sous-stations électriques ou de transformation sont directement connectées (il s'agit généralement de réseaux jusqu'à 10 kV, mais souvent les réseaux ramifiés avec des tensions plus élevées font également référence aux réseaux de distribution si un grand nombre de sous-stations de réception y sont connectés). Vers les principaux réseaux inclure les réseaux avec la tension la plus élevée, sur lesquels les connexions les plus puissantes sont établies dans le système électrique.