Třída napětí – Wiki Power System
Třída napětí — je typická hodnota síťového (fázového) napětí v elektrických sítích, která je jmenovitá pro různé skupiny zařízení: transformátory, vedení, generátory, reaktory atd. Třída napětí určuje požadovanou úroveň elektrické izolace elektrických zařízení. Pořadí třídy napětí určuje účely a úkoly, pro které se toto zařízení používá. Zejména nízké napětí se používá k distribuci energie mezi malými spotřebiteli na krátké vzdálenosti, střední třídy — k distribuci energie mezi průměrnými spotřebiteli a skupinami spotřebitelů na střední vzdálenost, vysoké a ultravysoké třídy — k distribuci energie mezi velkými spotřebiteli a k přenosu energie na velké vzdálenosti. Jinými slovy, třídy nízkého a středního napětí jsou typické pro distribuční sítě, zatímco vysoké a ultravysoké třídy — pro systémotvorné sítě propojující jednotlivé energetické systémy.
Řada standardních napěťových tříd představuje sadu diskrétních hodnot.
Energetická soustava v různých napěťových třídách
Na úsvitu elektroenergetického průmyslu, kdy ještě neexistovala myšlenka jednotných energetických systémů, se elektrické sítě používaly izolovaně v jednotlivých podnicích, podobně jako se dříve používaly mechanické přenosové systémy. Každý podnik se snažil vybudovat si vlastní stanici a samostatně ji spravovat. Myšlenku elektrárny jako nezávislého zařízení, zaměřeného výhradně na výrobu a prodej elektřiny jako komodity, navrhl jako jednu z prvních Samuel Insull [1]. A pokud dříve pro potřeby průmyslu postačovaly třídy nízkého napětí, které se mohly lišit, protože neexistoval úkol společného provozu podniků, nyní v nové realitě vyvstaly dvě klíčové otázky: jak přenášet energii z elektráren k několika spotřebitelům najednou – problém vzdálenosti zdrojů elektřiny od oblastí spotřeby, a jak zajistit napěťovou kompatibilitu všech používaných instalací?
Pokud byl druhý problém z hlediska elektroenergetiky vyřešen relativně jednoduše: byla zavedena norma pro napěťové třídy, která zajistila jejich kompatibilitu, pak se první z nich naopak ukazuje jako extrémně složitý, protože přenos na velkou vzdálenost vytváří několik inženýrských problémů najednou. Hlavní jsou uvedeny níže:
Čím vyšší napětí, tím menší ztráty výkonu.Tento vzorec je dobře popsán vzorcem pro ztráty v síťovém prvku založeným na parametrech konce přenosu:
kde [math]Deltadot[/math] — ztráty výkonu při přenosu, MVA; [math]P[/math] , [math]Q[/math] — výkon na konci přenosu, MW a MVAr; [math]V[/math] — modul napětí na konci přenosu, kV; [math]R[/math] , [math]X[/math] — činný a jalový odpor přenosu, Ohm. Tento vzorec jasně ukazuje, že při přenosu jednoho výkonu se zvyšujícím se napětím ztráty výkonu kvadraticky snižují.
Čím vyšší napětí, tím vyšší je limit přenosu výkonu.Pro jakýkoli přenos existuje limit přenášeného činného výkonu, určený statickou stabilitou, která je v nejjednodušším případě, na základě rovnice úhlové charakteristiky přenosu, určena následujícím výrazem:
[math]style zobrazení P_ = frak,[/math]kde [math]U_1, U_2[/math] jsou napětí na koncích přenosu, kV; [math]X[/math] je jalový odpor přenosu, Ohm; [math]P_[/math] je limit přenášeného výkonu přenosu, MW. Je snadné vidět, že se zvyšujícím se napětím se limit přenášeného výkonu kvadraticky zvyšuje.
Nejracionálnější napěťová třída z hlediska minimálních ztrát a kapitálových investic se určuje ve fázi dlouhodobého plánování provozních režimů elektrické sítě.
- Třída ultravysokého napětí – od 1000 kV.
- Třída ultravysokého napětí – od 330 kV do 750 kV.
- Třída vysokého napětí – od 110 kV do 220 kV.
- Třída středního napětí – od 1 kV do 35 kV.
- Nejnižší napěťová třída – do 1 kV.
Maximální přípustná pracovní napětí překračují jmenovité hodnoty o 15 % [math](U_>le 220text< kV>)[/math], o 10 % [math](220 lt U_>le 500text< kV>)[/math] a o 5 % [math](500 l U_>text< kV>)[/math]. Jmenovitá napětí generátorů a sekundárních vinutí transformátorů jsou volena o 5–10 % vyšší než jmenovitá napětí spotřebičů, vedení pro přenos energie a primárních vinutí transformátorů, aby se usnadnilo udržení jmenovitého napětí u spotřebičů.
| Napěťové třídy | ||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Třída napětí, kV | 0,22 | 0,38 | 0,66 | 3 | 6 | 10 | 13,8 | 15,75 | 18 | 20 | 35 | 110 | 150 | 220 | 330 | 500 | 750 | 1150 |
| Maximální přípustné pracovní napětí, kV | 0,253 | 0,437 | 0,759 | 3,6 | 6,9 | 11,5 | 15,87 | 18,11 | 20,7 | 23 | 40,5 | 126 | 172 | 252 | 363 | 525 | 787 | 1207,5 |
| Elektrické sítě, kV | 0,22 | 0,38 | 0,66 | 3 | 6 | 10 | – | – | – | 20 | 35 | 110 | 150 | 220 | 330 | 500 | 750 | 1150 |
| Generátor, kV | 0,23 | 0,4 | 0,69 | 3,15 | 6,3 | 10,5 | 13,8 | 15,75 | 18 | 20 | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Primární vinutí transformátoru, kV | 0,22 | 0,38 | 0,66 | 3; 3,15 | 6; 6,3 | 10; 10,5 | 13,8 | 15,75 | 18 | 20 | 35 | 110; 115 | 150; 158 | 230 | 330 | 500 | 750 | 1150 |
| Sekundární vinutí transformátoru, kV | 0,23 | 0,4 | 0,69 | 3,15; 3,3 | 6,3; 6,6 | 10,5; 11 | – | – | – | 22 | 36,75; 38,5 | 115; 121 | 158; 165 | 242 | 347 | 525 | 787 | – |
Zohlednění neutrálního provozního režimu
Při výpočtu zkratů je třeba věnovat zvláštní pozornost napěťové třídě, protože provozní režim neutrálu v síti se může v závislosti na třídě lišit. Zejména u tříd nízkého a středního napětí je neutrál ve velké většině případů izolován – to umožňuje s odpovídajícími náklady na zvýšenou úroveň izolace usnadnit provozní režim sítě, a to prakticky eliminovat faktor jednofázových zkratů, které jsou nejpravděpodobnější v sítích všech úrovní, ale s izolovaným neutrálem nepředstavují významnou hrozbu a co je nejdůležitější, nevedou k narušení napájení spotřebitelů [2]. Pro kalkulačku by tedy napěťová třída v této situaci měla alespoň naznačovat potřebu objasnit stav neutrálu a zohlednit tento faktor v dalších výpočtech.
Zvýšené napětí základního uzlu
V mnoha praktických výpočtech se lze setkat s tím, že napětí základního uzlu je nastaveno vyšší a zřídka se shoduje s nominální hodnotou. Zejména pro sítě 110 kV je hodnota 115 (121) kV, pro sítě 220 kV – 230 (242) kV. Pro tuto skutečnost může existovat několik vysvětlení.
V první řadě to může být způsobeno tím, že v souladu s pokyny pro výpočet zkratů je při zohlednění napájecího proudu z externí sítě nutné nastavit napětí této sítě o 5 % vyšší než jmenovité. Toto opatření má za cíl záměrně nadhodnotit vypočítaný zkratový proud, aby se eliminovala nejistota spojená se složením zařízení a režimem externí sítě.
Druhé vysvětlení je méně přesvědčivé než první, ale má zcela logický základ. Základní uzel je zpravidla nastaven na sběrnice výkonné elektrárny v oblasti, nebo na sběrnice rozvodny vysokého nebo velmi vysokého napětí, která spojuje oblast s externí soustavou. Výpočtové zkušenosti naznačují, že ve většině případů proudí energie ze základního uzlu, a nikoli naopak. Na začátku přenosu je opět zpravidla napětí vyšší než na přijímacím konci a v elektrárně je napětí v normálním režimu vyšší než u spotřebičů. Záměrné nadhodnocení napětí základního uzlu má tedy odrážet uvedenou fyzikální zákonitost.
Barevné kódování napěťových tříd
V domácí praxi výpočtů a řízení energetických systémů je při grafickém zobrazování elektrických obvodů sítí a systémů obvyklé používat jednotné barevné označení napěťových tříd. Současně existuje několik norem a několik variant barevných schémat napěťových tříd, zejména si zaslouží pozornost Norma Jednotného energetického systému a Norma Federální energetické společnosti Jednotného energetického systému. Níže uvedené tabulky uvádějí obecně přijímaná barevná označení různých napěťových tříd podle těchto norem [3] [4].
| Barevné schéma dle standardu SO EES | ||
|---|---|---|
| Třída napětí | Vzorek barvy | Barva v systému RGB |
| 1150 kV | 205:138:255 | |
| 750 kV (800 kV PPT) | 065:065:240 | |
| 500 kV | 184:000:000 | |
| 400 kV (elektrické vedení, obvody PPT) | 135:253:194 | |
| 330 kV | 000:204:000 | |
| 220 kV | 204:204:000 | |
| 128:128:000 | ||
| 150 kV | 170:150:000 | |
| 110 kV | 070:153:204 | |
| 27 – 60 kV | 194:090:090 | |
| 6 – 24 kV | 164:100:164 | |
| Napětí generátoru | 204:100:204 | |
| Žádné napětí | 204:204:204 | |
| 150:150:150 | ||
| Uzemněn | 255:153:000 | |
| Přetížení | 255:000:000 | |
| Neznámý | 140:140:140 | |
| Barevné schéma dle standardu FGC UES | ||
|---|---|---|
| Třída napětí | Vzorek barvy | Barva v systému RGB |
| 1150 kV | 205:138:255 | |
| 750 kV (800 kV PPT) | 000:000:200 | |
| 500 kV | 165:015:010 | |
| 400 kV | 240:150:30 | |
| 330 kV | 000:140:000 | |
| 220 kV | 200:200:000 | |
| 150 kV | 170:150:000 | |
| 110 kV | 000:180:200 | |
| 35 kV; 20 kV | 130:100:050 | |
| 10 kV | 100:000:100 | |
| 6 kV | 200:150:100 | |
| až 1 kV | 190:190:190 | |
| Napětí generátoru | 230:070:230 | |
| Výpadek napájení | 255:255:255 | |
| Uzemnění, oprava | 205:255:155 | |
Rozdíl v paletách, jak je snadno vidět, není dramatický a nebrání použití žádné z nich, ale možnost navržená normou FSK předpokládá práci v softwarovém balíčku s černým pozadím, díky čemuž se navrhuje zobrazovat oblasti bez napájení bílou barvou. Orientace na barevné schéma normy SO UES je tedy pro rutinní výpočty pohodlnější. Požadavky na třídy napětí je nutné striktně dodržovat pouze při přímé spolupráci s příslušnými organizacemi.
- ↑ Carr N. „Velká transformace: Co nám cloudová revoluce přinese.“ — M., 2014. — S. 137.
- ↑ Rozhkova L. D., Kozulin V. S. Elektrická zařízení stanic a rozvoden: učebnice pro odborné školy – 2. vydání, přepracované. – M.: Energia, 1980. – S. 600.
- ↑Norma SO UES. STO 59012820.27.010.003-2015. Pravidla pro zobrazování technologických informací.
- ↑Norma FGC UES. STO 56947007-25.040.70.101-2011. Pravidla pro grafické zobrazení informací pomocí PTC a APCS.