Низковольтная сеть или вторичная сеть — это часть распределения электроэнергии , которая переносит электроэнергию от распределительных трансформаторов к счетчикам электроэнергии конечных потребителей. Вторичные сети работают на низком уровне напряжения , которое обычно равно напряжению сети электроприборов.
Большинство современных вторичных сетей работают при номинальном напряжении переменного тока 100–127 или 220–240 вольт , с частотой 50 или 60 герц (см. сетевое электричество по странам ). Рабочее напряжение, необходимое количество фаз ( трехфазные или однофазные ) и требуемая надежность диктуют топологию и конфигурацию сети. Простейшей формой являются радиальные линии отвода услуг от трансформатора до помещений потребителя. Радиальные фидеры низкого напряжения снабжают нескольких потребителей. Для повышения надежности так называемые точечные сети и сеточные сети обеспечивают питание потребителей от нескольких распределительных трансформаторов и путей подачи. Электропроводка может быть реализована с помощью воздушных линий электропередачи , воздушных или подземных силовых кабелей или их комбинации.
Системы распределения электроэнергии предназначены для надежного и качественного электроснабжения своих клиентов. Наиболее распространенная система распределения состоит из простых радиальных цепей (фидеров), которые могут быть воздушными, подземными или комбинированными. От распределительной подстанции фидеры переносят электроэнергию к конечным потребителям, образуя средневольтную или первичную сеть , работающую на уровне среднего напряжения, как правило, 5–35 кВ. Длина фидеров варьируется от нескольких километров до нескольких десятков километров. Поскольку они должны снабжать всех клиентов в назначенной зоне распределения, они часто изгибаются и разветвляются вдоль назначенных коридоров. [1] [2] Подстанция обычно питает 3–30 фидеров. [ необходима цитата ]
Распределительные трансформаторы или вторичные трансформаторы , размещенные вдоль фидеров, преобразуют напряжение со среднего на низкий уровень напряжения , подходящий для прямого потребления конечными потребителями ( напряжение сети ). [3] Обычно сельский первичный фидер питает до 50 распределительных трансформаторов, разбросанных по обширному региону, [4] но эта цифра значительно варьируется в зависимости от конфигурации. Они располагаются на вершинах столбов, в подвалах или на специально отведенных небольших участках. [2] От этих трансформаторов низковольтная или вторичная сеть ответвляется к подключениям клиентов в помещениях клиентов, оборудованных счетчиками электроэнергии . [3]
Большинство различий в компоновке и конструкции низковольтных сетей обусловлены номинальным напряжением сети . В Европе и большей части мира доминирующим выбором является 220–240 В, тогда как в Северной Америке стандартом является 120 В. [5]
Стандарт ANSI C84.1 рекомендует допуск +5%, −2,5% для диапазона напряжения в точке обслуживания. [6] Североамериканские сети низкого напряжения имеют гораздо более короткие вторичные соединения, до 250 футов (80 м), в то время как в европейской конструкции они могут достигать 1 мили (1600 м). Поэтому североамериканские распределительные трансформаторы должны быть размещены гораздо ближе к потребителям и имеют меньшие размеры (25–50 кВА), в то время как европейские могут охватывать большие площади и, следовательно, иметь более высокие номинальные характеристики (300–1000 кВА); только отдаленные сельские районы в европейской конструкции обслуживаются однофазными трансформаторами. [5]
Поскольку низковольтные сети распределяют электроэнергию среди самого широкого класса конечных пользователей, еще одной основной проблемой проектирования является безопасность потребителей, использующих электроприборы, и их защита от поражения электрическим током. Система заземления в сочетании с защитными устройствами, такими как предохранители и устройства защитного отключения , должна в конечном итоге гарантировать, что человек не должен соприкасаться с металлическим предметом, потенциал которого относительно потенциала человека (который, в свою очередь, равен потенциалу земли, если не используются изолирующие коврики) превышает «безопасный» порог, обычно устанавливаемый на уровне около 50 В.
Радиальная работа является наиболее распространенной и наиболее экономичной конструкцией как сетей среднего, так и низкого напряжения. Она обеспечивает достаточно высокую степень надежности и непрерывности обслуживания для большинства клиентов. [7] В американских (120 В) системах клиенты обычно снабжаются напрямую от распределительных трансформаторов через относительно короткие линии отвода обслуживания в звездообразной топологии. В системах 240 В клиенты обслуживаются несколькими низковольтными фидерами, реализованными воздушными линиями электропередачи , воздушными или подземными силовыми кабелями или их комбинацией; в воздушной сети отводы обслуживания проводятся от вершин столбов к соединениям на крыше. В кабельной сети все необходимые соединения и защитные устройства обычно размещаются в шкафах, смонтированных на площадках, или, иногда, в люках (подземные соединения Т-образного типа подвержены отказам).
Защиту энергосистемы в радиальных сетях легко проектировать и реализовывать, поскольку токи короткого замыкания имеют только один возможный путь, который необходимо прервать. Предохранители чаще всего используются как для защиты от короткого замыкания, так и от перегрузки, в то время как в особых случаях могут использоваться низковольтные выключатели .
Точечные сети используются, когда требуется повышенная надежность поставок для важных клиентов. Низковольтная сеть питается от двух или более распределительных трансформаторов на одном участке, каждый из которых питается от отдельного фидера среднего напряжения (который может исходить от одной и той же или разных подстанций). Трансформаторы соединены вместе шиной или кабелем на вторичной стороне, называемой параллельной шиной или коллекторной шиной . Параллельная шина обычно не имеет соединительных кабелей ( досягаемости ) к другим сетевым блокам, в этом случае такие сети называются изолирующими точечными сетями ; когда они есть, их называют точечными сетями с досягаемостью . В некоторых случаях быстродействующие вторичные шинные выключатели могут применяться между секциями шин для изоляции неисправностей во вторичном распределительном устройстве и ограничения потери обслуживания. [8]
Точечные системы обычно применяются в районах с высокой плотностью нагрузки, таких как деловые районы, крупные больницы, небольшие промышленные предприятия и важные объекты, такие как системы водоснабжения. [8] В нормальном режиме работы подача энергии осуществляется обоими первичными фидерами параллельно. В случае отключения любого из первичных фидеров устройство сетевой защиты на соответствующей вторичной обмотке точечного трансформатора автоматически размыкается; остальные трансформаторы продолжают обеспечивать питание через свои соответствующие первичные фидеры. Только в случаях, когда короткое замыкание происходит на параллельной шине или происходит полная потеря первичного питания, потребитель остается без обслуживания. Неисправности в сети низкого напряжения устраняются предохранителями или локальными выключателями, что приводит к потере обслуживания только для затронутых нагрузок. [8]
Сети электросети состоят из взаимосвязанной сети цепей, питаемых от нескольких первичных фидеров через распределительные трансформаторы в нескольких местах. Сети электросети обычно располагаются в центрах крупных городов, с соединительными кабелями, проложенными в подземных каналах вдоль улиц. Многочисленные кабели обеспечивают несколько путей тока от каждого трансформатора к каждой нагрузке в пределах сети. [9]
Как и в сетях с точечной связью, сетевые протекторы используются для защиты от неисправностей первичного фидера и предотвращения распространения тока неисправности от сети к первичному фидеру. [10] Отдельные секции кабеля могут быть защищены кабельными ограничителями на обоих концах, специальными предохранителями, обеспечивающими очень быструю защиту от короткого замыкания. Кабельные ограничители не имеют номинального тока и не могут использоваться для защиты от перегрузки; их единственное назначение — изолировать неисправность. В условиях сильного короткого замыкания ограничители перегорают и отключают неисправный кабель, в то время как неповрежденные кабели принимают на себя его нагрузку и продолжают предоставлять услуги. [11] Отключения первичного фидера, а также ограничители и сетевые протекторы, очищенные из-за предыдущих неисправностей, вызывают изменения в потоке нагрузки, которые нелегко обнаружить, поэтому их состояния могут потребовать периодической проверки. Присущая системе избыточность, как правило, предотвращает отключение питания любого клиента. [12]