Clasificarea rețelelor electrice

Arhitectura rețelei

Clasificarea rețelelor electrice

Rețelele electrice reprezintă ansamblul format din linii electrice aeriene și linii electrice în cablu, precum și transformatoarele aferente din stații și posturi de transformare. Arhitectura unei rețele electrice reprezintă modul de dispunere a echipamentelor componente, precum și legăturile dintre acestea.

Alegerea arhitecturii

Alegerea arhitecturii unei rețele electrice se face în urma unei analize multicriteriale de tip tehnico-economic

Arhitectura rețelelor electrice influențează puternic economicitatea și siguranța în funcționare a sistemului electroenergetic. În alegerea arhitecturii rețelelor electrice se ține seama de mai multe condiții:

• funcționale: continuitatea în alimentare a consumatorilor, pierderile de putere și energie, investițiile;
• auxiliare: simplitate, elasticitate, automatizare, dotare cu personal;
• speciale: poluarea mediului, estetică, perturbații electromagnetice produse în vecinătate, condiții climatice.

Criterii de clasificare

Pentru clasificarea rețelelor electrice se pot utiliza mai multe criterii

Dintre acestea, cele mai importante sunt:

• nivelul de tensiune;
• funcția îndeplinită (destinație);
• extindere (teritoriul ocupat);
• topologie;
• modul de tratare a neutrului.

Nivelul de tensiune

Clasificarea rețelelor electrice după nivelul de tensiune

Tensiunea nominală este o mărime de referință folosită pentru identificarea și raportarea anumitor caracteristici tehnice și de funcționare. Tensiunea nominală este valoarea cantitativă atribuită de către constructorul de echipamente pentru anumite condiții de funcționare ale acestora.

Din punctul de vedere al nivelului de tensiune, rețelele electrice pot fi:

• rețele electrice de joasă tensiune (JT); au tensiunea nominală U_n ≤ 1 kV și sunt folosite pentru alimentarea consumatorilor casnici și publici, iluminat public sau alimentarea receptoarelor de putere mică. În Republica Moldova, valorile standardizate sunt 380/230 V;
• rețele electrice de medie tensiune (MT); au U_n = 1-35 kV și sunt utilizate pentru alimentarea rețelelor electrice de JT prin intermediul posturilor de transformare sau pentru alimentarea directă a unor receptoare, cum ar fi motoarele electrice de putere mare. Se folosesc pentru: distribuție urbană (6 kV, 10 kV, 35 kV), distribuție rurală (10 kV) și distribuție industrială (6 kV, 10 kV, 35 kV);
• rețele electrice de înaltă tensiune (IT); au U_n = 110 kV și îndeplinesc rolul de repartiție zonală sau de distribuție urbană (în marile orașe);
• rețele electrice de foarte înaltă tensiune (FIT); au U_n > 330 kV și au rolul de rețele electrice de transport, realizând legătura dintre nodurile importante ale sistemului energetic sau interconexiunea sistemului energetic.

Tendințe

Tendințe privind nivelul de tensiune

1. Utilizarea unui nivel de tensiune cât mai ridicat în scopul reducerii pierderilor de putere și energie (pierderile sunt invers proporționale cu nivelul de tensiune).
2. Reducerea numărului de trepte de tensiune din motive de normalizare a producției de serie a echipamentelor și pentru reducerea pierderilor prin transferuri succesive.
3. Trecerea unor rețele electrice de distribuție la tensiunea superioară.

Destinație și extindere

Clasificarea rețelelor electrice după destinația și extinderea geografică

Clasificarea rețelelor electrice după destinație este strâns legată de clasificarea după nivelul de tensiune.

Din punctul de vedere al destinației, rețelele electrice pot fi: rețelele electrice de interconexiune, rețelele electrice de transport, rețelele electrice de repartiție, rețelele electrice de distribuție.

Din punctul de vedere al extinderii, rețelele electrice pot fi:

• la nivel transfrontalier (internațional);
• la nivel național;
• la nivel zonal (regional), urban, rural, industrial.

Rețelele electrice de interconexiune funcționează în general la FIT (în Republica Moldova, la 400 kV) și realizează interconexiunea sistemelor electroenergetice vecine. Extinderea lor este la nivel transfrontalier (internațional). Rețelele electrice de transport funcționează în RM la 330 kV, 110 kV și au rolul de a transporta puteri de ordinul sutelor sau miilor de MW la distanțe de ordinul sutelor de kilometri, făcând legătura între nodurile importante ale sistemului energetic. Extinderea lor este la nivel național.

Rețelele electrice de repartiție funcționează la IT (în RM, la 110 kV) și îndeplinesc un dublu rol: pe de o parte, constituie o rezervă pentru rețelele electrice de transport, iar de pe altă parte, au rol de distribuție pentru platformele industriale sau marile aglomerații urbane. Răspândirea lor este la nivel zonal (regional).

Rețelele electrice de distribuție sunt constituite, în general, din două niveluri de tensiune (35 kV, 10 kV și 6 kV) și (JT 0,4 kV). Asigură distribuția unor cantități relativ reduse de energie electrică pe distanțe scurte și la un ansamblu limitat de consumatori, amplasați pe teritoriul orașelor (distribuție urbană), satelor (distribuție rurală) sau întreprinderilor (distribuție industrială). Extinderea lor este la nivel urban, rural sau industrial.

Neutrul față de pământ

Clasificarea rețelelor din punctul de vedere al neutrului față de pământ

Punctul neutru al unei rețele electrice este punctul comun al conexiunii în stea a înfășurărilor transformatoarelor de putere din rețelele electrice. În unele situații, de exemplu în rețelele de MT, neutrul nu este accesibil, el putând fi creat artificial. Din punctul de vedere al situației neutrului față de pământ, există următoarele posibilități:

• rețele electrice cu neutrul izolat față de pământ;
• rețele electrice cu neutrul legat la pământ direct sau prin impedanță (rezistor sau bobină de compensare).

Necesitatea studierii situației neutrului față de pământ se datorează consecințelor care pot să apară prin punerea accidentală la pământ a unei faze. Pe de o parte, se urmărește neîntreruperea imediată a alimentării consumatorilor, iar pe de altă parte, reducerea supratensiunilor pe fazele sănătoase și stingerea, într-un timp cât mai scurt, a arcului electric la locul de defect.

1. Rețele electrice cu neutrul izolat față de pământ. În regim normal de funcționare, potențialul neutrului este egal cu potențialul pământului, ambele fiind egale. În urma punerii accidentale la pământ a unei faze, potențialul acestei faze devine egal cu potențialul pământului, adică egal cu zero.
2. Rețele electrice cu neutrul legat direct la pământ. Prin legarea directă la pământ a punctului neutru N se evită apariția unor supratensiuni periculoase pe fazele sănătoase, evitându-se astfel și supradimensionarea izolației liniei. În schimb, punerea la pământ înseamnă scurtcircuit monofazat însoțit de curenți de intensități mari, care va fi sesizat de protecții și linia electrică va fi deconectată.
3. Rețele electrice cu neutrul legat la pământ prin impedanță. În cazul rețelelor electrice de MT, între punctul neutru și pământ se conectează o impedanță, care poate fi un rezistor sau o bobină. În regim normal de funcționare, potențialul punctului neutru este egal cu potențialul pământului, iar prin impedanța dintre neutru și pământ nu circulă niciun curent. Rolul acestei impedanțe intervine în momentul punerii accidentale la pământ a unei faze.
4. Rețele cu neutrul legat la pământ prin rezistor. În scopul limitării supratensiunilor pe fazele sănătoase sau a intensității curentului de scurtcircuit pe faza defectă, în urma punerii la pământ a unei faze, între neutrul N și pământ se conectează un rezistor (RTN – rezistor de tratare a neutrului). Pentru valori mici ale RTN, se reduc supratensiunile pe fazele sănătoase, dar curentul de scurtcircuit monofazat poate avea valori mari. Pentru valori mari ale RTN, scade valoarea curentului de scurtcircuit monofazat, dar se reduce și limitarea supratensiunilor pe fazele sănătoase în cazul punerii accidentale la pământ a unei faze. Tratarea neutrului prin rezistor se utilizează pentru rețelele electrice de medie tensiune, urbane sau rurale, în scopul creșterii selectivității protecțiilor.
5. Rețele cu neutrul legat la pământ prin bobină. Datorită capacităților electrice ale fazelor față de pământ, prin punerea accidentală la pământ a unei faze, la locul de defect apare un curent capacitiv a cărui intensitate depinde de lungimea liniei. Dacă acest curent depășește o anumită valoare, la locul de defect apare un arc electric, care generează un regim tranzitoriu, iar supratensiunile pe fazele sănătoase vor crește. Prin conectarea între neutru și pământ a unei bobine, numită bobină de stingere sau bobină de compensare Peterson, la locul de defect apare un curent inductiv care compensează parțial sau total curentul capacitiv în scopul stingerii arcului electric.

Configurația rețelelor electrice

Configurația sau schema de conexiuni a unei rețele electrice trebuie să îndeplinească următoarele condiții

• să asigure continuitatea în alimentare a consumatorilor;
• să fie simplă pentru exploatare și să asigure operativitate și elasticitate;
• să permită extinderea în viitor;
• să limiteze valorile curenților de scurtcircuit;
• să fie fiabilă și eficientă economic.