Лекція 2
Класифікація електричних мереж
Електричні мережі розрізнюються по:
1. Роду струму
а) мережі постійного струму (рис. 1), які використовуються для
- живлення промислових підприємств (електролізні цехи, електричні печі і інше);
- міського електротранспорту (трамвай, тролейбус, метрополітен);
- залізничного транспорту (використовується і змінний струм);
- передачі електроенергії на великі відстані (подолання водних перешкод за допомогою кабельних ліній. Використати кабельні лінії на змінному струмі не можна. Спитати чому?);
- вставки постійного струму (зв'язок двох енергосистем однакової або різної частоти; підвищення стійкої роботи енергосистеми; підключення нетрадиційних джерел типу вітрових електричних станцій або приливних; підключення віддалених ГЕС)
Переваги в порівнянні з ЛЕП змінного струму:
- немає проблеми стійкості паралельної роботи;
- менші втрати потужності і енергії, тому що Х=0;
- менші витрати металу (два проводи, а не три);
Недоліки:
- капітальні витрати «заморожені» до кінця будівництва ЛЕП;
- підключення споживачів в проміжку між ПС скрутно і вимагає значних витрат на споруду перетворюючих підстанцій.
Раніше підкреслювали, що економічно вигідно будувати ЛЕП постійного струму при довжині лінії більше за 2000 км;
б) мережі змінного струму.
2. Значенню номінальної напруги
а) мережі напругою до 1 кВ (використовується термін низьковольтні мережі);
б) мережі напругою вище за 1 кВ (використовується також термін високовольтні).
Використовується і така класифікація: Мережі низької напруги (до 1 кВ); середньої напруги (6-35 кВ); високої напруги (110-220 кВ); надвисокої (330-750 кВ); ультрависокої (понад 1000 кВ).
3. По конфігурації (схемі з'єднань)
а) розімкнені (радіальні і магістральні) (рис. 2);
Л1
в) складнозамкнуті.
4. По конструктивному виконанню
а) повітряні;
б) кабельні;
в) повітряно - кабельні.
5. По ролі в схемі електропостачання
а) міжсистемні (330 кВ і вище);
б) живильні (110-220 кВ);
в) розподільні ( до 35 кВ включно).
6. По місцю розташування і характеру споживачів
а) міські;
б) промислові;
в) сільські;
г) електрофіцірований транспорт;
д) магістральних нафто- і газопроводів;
е) електричних систем.
7. По території і характеру обслуговування
а) районні (110 - 220 кВ). або постачальні;
б) місцеві (до 35 кВ включно), або розподільчі;
8. По режиму роботи нейтралі мережі
а) мережі з ізольованої нейтраллю (рис. 4);
До них відносяться мережі напругою 6-35 кВ. Як видно з рис. 4 нульова точка зірки не має зв’язку з землею (ізольована від землі). Нульову точку зірки називають нейтраллю. Звідси витікає назва режиму нейтраллі мережі напругою 6-35 кВ.
б) мережі з компенсованою нейтраллю (резонансно заземленою)
Це мережі також напругою 6-35 кВ, але нейтраль пов'язана із землею через регульовану індуктивність (рис. 5).
А
в) мережі з глухо заземленою нейтраллю (рис. 6) у яких нейтраль глухо (без опору) пов'язана із землею. До них відносяться мережі напруженням 110 кВ і вище.
д) мережі з ефективно заземленої нейтраллю (в мережах напругою 110 і 220 кВ для зниження складової нульової послідовності в струмі несиметричного КЗ диспетчер розземлює нейтраль трансформаторів на деяких підстанціях).
У мережах напругою нижче за 1 кВ режим роботи нейтралі мережі визначається умовами безпеки. У мережах напругою вище за 1 кВ експлуатацією (струмом замикання на землю).
Розглянемо мережі напруженням до 1 кВ:
а) чотирьохпроводних мережах 380 В (рідше є мережі 220 В) працюють з глухо заземленою нейтраллю (рис. 7).
Замикання будь-якої фази на землю приводить до короткого замикання мережі, запобіжник пошкодженої фази перегорає. Корпус двигуна приєднаний до нульового проводу;
б) трипровідні мережі напругою 660 в працюють в режимі з ізольованою нейтраллю. Замикання фази на землю тут не є коротким замиканням і не приводить до відключення мережі. Однак фазні напруження двох непошкоджених фаз при цьому зростають до лінійних значень. Нижче розглянемо векторну діаграму напружень при замиканні фази на землю.
Мережі напругою вище за 1 кВ.
Мережі з струмами замикання на землю до 500 А згідно з ПУЕ відносяться до мереж з малими струмами замикання на землю. Це мережі напругою 6-35 кВ. Вони можуть працювати або з ізольованої нейтраллю, або з компенсованої нейтралью.
Мережі напругою 110 кВ і вище
Мережі напругою 110 кВ і вище характеризуються великими струмами замикання на землю. Вони працюють в режимі з глухо заземленою нейтраллю. Замикання однієї фази на землю приводить до короткого замикання і пошкоджена дільниця автоматично відключається. Робота таких мереж в режимах з ізольованою або компенсованою нейтралями не може бути обґрунтована ні технічно, ні економічно через великі струми замикання на землю і необхідність посилення ізоляції, яка повинна бути розрахована на лінійне значення, що дорого.
Але в мережах 110 кВ при ситуації, коли струм при однофазному КЗ більше струму при трифазному КЗ в тій же точці, для здешевлення пристроїв для заземлення, зниження струму, що відключається при КЗ вимикачами, уникнення вдосконалення РЗ на ряді підстанцій по вказівці диспетчерів розмикають нейтраль одного з трансформаторів. При цьому меншає струм нульової послідовності і загалом струм однофазного КЗ. Розмикання нейтралей трансформаторів на багатьох підстанціях наближає режим всієї мережі до режиму з ізольованої нейтраллю. Тому при розмиканні користуються критерієм 
.
Розглянемо мережі напругою 6-35 кВ. На рис. 8 зображено мережі при замиканні фази С на землю. На рис. 8 наведено струми замикання.
На рис. 9 наведено векторну діаграму напруг (ВДН) і струмів для нормального режиму роботи мережі, тобто до замикання фази на землю.
При замиканні фази С на землю фазна напруга цієї фази дорівнює 0. Фазні напруги двох непошкоджених фаз зростають в 1.73 і стануть рівні лінійним значенням. Ємкісний струм пошкодженої фази буде рівний нулю, а двох непошкоджених фаз зросте. Струм замикання рівний 
Побудувати ВДН можливо шляхом накладення на напруги фаз А, В, С нормального режиму напруги фази С з зворотним напрямком – Uc (рис. 10).
Частіше ВДН будують таким чином: пошкоджену фазу з'єднують із землею. Фазні напруження непошкоджених фаз тепер співпадають з лінійними напругами нормального режиму цих фаз і пошкодженої
Струм однофазного замикання визначається ємностями фаз мережі відносно землі або заземленій металевій оболонці кабелю і залежить від напруги, конструкції і протяжності мережі. Розрізнюють металеве або глухе замикання на землю, яке частіше виникає при малих струмах замикання на землю, і дугове, коли в місці замикання на землю виникає дуга, що перемежається та супроводжується повторними згасаннями і заживаннями (рис. 11).
Між ємністю і індуктивністю мережі в цьому випадку з'являються зведені електричні коливання високої частоти і як наслідок в мережі виникають перенапруги (мережа є коливальним контуром). Амплітуда дугових перенапруг при відсутності ферорезонансних явищ може досягати 3.2 UФ на здорових фазах і 2.2 на пошкодженій. Ці перенапруги розповсюджуються на всю електричну пов'язану мережу. Тривалий вплив перенапруг на ізоляцію може привести до іонізації і теплового пробою її в будь-якій точці мережі. Це означає, що виникають міжфазні КЗ. Найбільш ймовірно виникнення дуг, що перемежаються, при ємнісних струмах замикання на землю, що перевищують встановлені межі (6-10 кВ 30 А, мережа 35 кВ - 10 А).
Мережі з компенсованою нейтраллю. Мережі з струмами замикання на землю більше граничних виконують з компенсованою нейтраллю. У нейтраль мережі включають дугогасну котушку. При замиканні на землю однієї фази напруга нейтралі дорівнює фазній напрузі. Під дією цієї напруги через дугогасну котушку піде струм. Опір котушки підбирають таким, щоб індуктивний струм IL, що проходить через котушку, був би по величині рівний сумарному ємнісному струму 3Ic, що проходить через ємності. При цьому створюються умови для погасання дуги: сповільнюється швидкість наростання напруги в місці замикання і відновлюються діелектричні властивості ізоляції. Пробої ізоляції відбуваються значно рідше - через 12 і більше періодів промислової частоти. У компенсованих мережах перенапруги на здорових фазах не перевищують 2.8 UФ Оскільки в мережі постійно виконується перемикання, то і міняється ємкісний струм. Котушку необхідно постійно настроювати на резонанс. Це виконують автоматичні системи компенсації струму замикання на землю. Потрібно підкреслити чутливість настройки для створення умов для гасіння дуги. Невелика різниця приводить до того стану, що відповідає умовам мережі з ізольованої нейтраллю.
Мережі з ізольованої або компенсованої нейтраллю не вимагають негайного відключення при виникаючих однофазних замиканнях на землю і можуть працювати із заземленою фазою декілька годин.