Clasificarea rețelelor electrice

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

Alegerea arhitecturii unei reţele electrice se face în urma unei analize multicriteriale de tip tehnico-economic. Arhitectura reţelelor electrice influenţează puternic economicitatea şi siguranţa în funcţionare a sistemului electroenergetic. În alegerea arhitecturii reţelelor electrice se ţine seama de mai mult condiţii:

• funcţionale: continuitatea în alimentare a consumatorilor, pierderile de putere şi energie, investiţiile;
• auxiliare: simplitate, elasticitate, automatizare, dotare cu personal:
• speciale: poluarea mediului, estetică, perturbaţii electromagnetice produse în vecinătate, condiţii climatice.

Pentru clasificarea reţelelor electrice se pot utiliza mai multe criterii, dintre care cele mai importante sunt:

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

Clasificarea reţelelor electrice după nivelul de tensiune.

Tensiunea nominală este o mărime de referinţă folosită pentru identificarea şi raportarea anumitor caracteristici tehnice şi de funcţionare. Tensiunea nominală este valoarea cantitativă atribuită de către constructorul de echipamente pentru anumite condiţii de funcţionare ale acestora. Din punctul de vedere al nivelului de tensiune, reţelele electrice pot fi:

• reţele electrice de joasă tensiune (JT); au tensiunea nominală Un ≤ 1 kV şi 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.
• reţele electrice de medie tensiune (MT); au Un = 1-35 kV şi sunt utilizate pentru alimentarea reţelelor 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: distribuţie urbană (6 kV, 10 kV, 35 kV ), distribuţie rurală (10 kV ) şi distribuţie industrială (6 kV, 10 kV, 35 kV);
• reţele electrice de înaltă tensiune (IT); au Un = 110 kV şi îndeplinesc rolul de repartiţie zonală sau de distribuţie urbană (în marile oraşe);
• reţele electrice de foarte înaltă tensiune (FIT); au Un > 330 kV şi au rolul de reţele electrice de transport, realizând legătura dintre nodurile importante ale sistemului energetic sau interconexiunea sistemului energetic.

Tendinţe privind nivelul de tensiune:

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

Clasificarea reţelelor electrice după destinaţia şi extinderea geografică

Clasificarea reţelelor electrice după destinaţie este strâns legată de clasificarea după nivelul de tensiune.

Din punctul de vedere al destinaţiei, reţelele electrice pot fi: reţelele electrice de interconexiune, reţelele electrice de transport, reţelele electrice de repartiţie, reţelele electrice de distribuţie.

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

• la nivel transfrontalier (internaţional);
• la nivel naţional: la nivel zonal (regional), urban, rural, industrial.

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

Reţelele electrice de repartiţie funcţionează la IT (în RM, la 110 kV) şi îndeplinesc un dublu rol: pe de o parte, constituie o rezervă pentru reţelele electrice de transport, iar de pe altă parte, au rol de distribuţie pentru platformele industriale sau marile aglomeraţii urbane. Răspândirea lor este la nivel zonal (regional).

Reţelele electrice de distribuţie sunt constituite, în general, din două niveluri de tensiune (35 kV, 10 kV şi 6 kV) şi (JT 0,4 kV). Asigură distribuţia unor cantităţi relativ reduse de energie electrică pe distanţe scurte şi la un ansamblu limitat de consumatori, amplasaţi pe teritoriul oraşelor (distribuţie urbană), satelor (distribuţie rurală) sau întreprinderilor (distribuţie industrială). Extinderea lor este la nivel urban, rural sau industrial.

Clasificarea reţelelor electrice după topologie

Topologia unei reţele electrice este strâns legată de gradul de siguranţă în alimentarea consumatorilor. Creşterea acestuia se poate obţine prin supradimensionarea circuitelor liniilor electrice şi a echipamentelor sau prin creşterea numărului de circuite în paralel. Alegerea soluţiei de alimentare a consumatorilor se face în urma unei analize tehnico-economice.

Reţelele electrice pot avea următoarele configuraţii de principiu:

• reţele electrice radiale sau arborescente; sunt alimentate dintr-o singură sursă, de exemplu barele de joasă tensiune ale unui PT. Au o structură simplă, putând fi constituite din una sau mai multe ramificaţii (fig. 2.2). Sunt ieftine, uşor de exploatat, necesită echipament de protecţie, simplu motiv pentru care se utilizează la JT, MT şi IT. Au dezavantajul unui grad scăzut de siguranţă în alimentarea consumatorilor (un defect într-un anumit loc duce la întreruperea alimentării tuturor consumatorilor situaţi în aval).

• reţele electrice simplu buclate; sunt alimentate din două surse, ceea ce duce la creşterea siguranţei în alimentarea consumatorilor (fig. 2.3.). Sunt mai scumpe decât reţelele radiale, necesitând elemente constructive mai multe şi echipamente de protecţie mai complexe. În general, au pierderi de putere şi energie mai reduse ca reţelele radiale, iar nivelul tensiunii la consumatori este mai bun.

• reţele electrice complex buclate; au structura asemănătoare ochiurilor unei plase (fig. 2.4.). Au o siguranţă în alimentarea consumatorilor foarte bună, dar la un preţ ridicat, din cauza că fiecare linie electrică trebuie sa fie proiectată pentru a suporta suprasarcini şi trebuie echipată la capete cu aparate de protecţie corespunzătoare.

Clasificarea reţelelor din punctul de vedere al neutrului faţă de pământ.

Punctul neutru al unei reţele electrice este punctul comun al conexiunii în stea a înfăşurărilor transformatoarelor de putere din reţelele electrice. În unele situaţii (de exemplu, în reţelele de MT,) neutrul nu este accesibil, el putând fi creat artificial. Din punctul de vedere al situaţiei neutrului fata de pământ, există următoarele posibilităţi:

• reţele electrice cu neutrul izolat faţă de pământ;
• reţele electrice cu neutrul legat la pământ direct sau prin impedanţă (rezistor sau bobină de compensare).

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

1. Reţele electrice cu neutrul izolat faţă de pământ. În regim normal de funcţionare, potenţialul neutrului este egal cu potenţialul pământului, ambele fiind egale. În urma punerii accidentale la pământ a unei faze, potenţialul acestei faze devine egal cu potenţialul pământului, adică egal cu zero.

2. Reţele electrice cu neutrul legat direct la pământ. Prin legarea directă la pământ a punctului neutru N se evită apariţia unor supratensiunii periculoase pe fazele sănătoase, evitându-se astfel şi supradimensionarea izolaţiei liniei. În schimb, punerea la pământ înseamnă scurtcircuit monofazat însoţit de curenţi de intensităţi mari, care va fi sesizat de protecţii şi linia electrică va fi deconectată.

3. Reţele electrice cu neutrul legat la pământ prin impedanţă. În cazul reţelelor electrice de MT, între punctul neutru şi pământ se conectează o impedanţă, care poate fi un rezistor sau o bobină. În regim normal de funcţionare, potenţialul punctului neutru este egal cu potenţialul pământului, iar prin impedanţa dintre neutru şi pământ nu circulă niciun curent. Rolul acestei impedanţe intervine în momentul punerii accidentale la pământ a unei faze.

4. Reţele cu neutrul legat la pământ prin rezistor. În scopul limitării supratensiunilor pe fazele sănătoase sau a intensităţii curentului de scurtcircuit pe faza defectă, în urma punerii la pământ a unei faze, între neutrul N şi 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 şi limitarea supratensiunilor pe fazele sănătoase în cazul punerii accidentale la pământ a unei faze. Tratarea neutrului prin rezistor se utilizează pentru reţelele electrice de medie tensiune, urbane sau rurale, în scopul creşterii selectivităţii protecţiilor.

5. Reţele cu neutrul legat la pământ prin bobină. Datorită capacităţilor electrice ale fazelor faţă 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 curentul depăşeşte o anumita valoare, la locul de defect apare un arc electric, care generează un regim tranzitoriu, iar supratensiunile pe fazele sănătoase vor creşte. Prin conectarea între neutru şi pământ a unei bobinei (numită bobină de stingere sau bobină de compensare Peterson), la locul de defect apare un curent inductiv care compensează parţial sau total curentul capacitiv în scopul stingerii arcului electric.

Configuraţia reţelelor electrice.

Configuraţia sau schema de conexiuni a unei reţele electrice trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

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