4 Napięcia dystrybucyjnych sieci elektro–energetycznych

W kraju istniała i nadal istnieje tendencja do rozdzielania sieci elektroenergetycznych zakładów przemysłowych i sieci energetyki zawodowej. Energetyka zawodowa, spółki dystrybucyjne, rejony energetyczne mają prawo wpływania na sposób poboru energii elektrycznej, jej ilość oraz wartości obciążeń w ruchu normalnym i w przypadku zakłóceń w zakładach przemysłowych.

Napięcia bardzo mocno wpływają na parametry sieci i urządzeń elektrycznych. Jeżeli napięcie sieci dystrybucyjnej wzrasta, to wraz ze wzrostem maleją następujące wartości:

1. a) prądy obciążenia roboczego,
2. b) spadki napięć,
3. c) prądy zwarciowe (przy stałych mocach zwarciowych),
4. d) straty wzdłużne (obciążeniowe) mocy i energii,
5. e) w pewnych przypadkach przekroje przewodów linii.

W praktyce ze wzrostem napięcia zwiększają się:

1. a) koszty jednostkowe linii elektroenergetycznych i urządzeń,
2. b) liczba koniecznych stopni transformacji w niektórych dużych przedsiębiorstwach.

Polska norma PN–IEC [20] podaje następujące wartości napięć znamionowych:

• 1) sieci jednofazowych prądy przemiennego: 6, 12, 24, 48, 60, 110, 230 i 400 V;
• 2) sieci trójfazowych prądu przemiennego (międzyfazowe): 48 V, 400 V, 660 V, 1000V, 3 kV,
  6 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV, 110 kV, 220 kV, 400 kV i 750 kV;
• 3) urządzeń prądu stałego (wartości uprzywilejowane): 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 110, 220, 440, 600, 750 i 1000 V.

1.1. Napięcia sieci zasilającej

O wyborze napięcia sieci zasilającej decydują następujące czynniki [12]:

1. a) moc przyłączeniowa i umowna,
2. b) zakres wymaganej mocy zwarciowej,
3. c) napięcia sieci dystrybucyjnej w zakładzie, mieście, gminie,
4. d) kształt sieci energetyki zawodowej, z której będzie zasilany zakład , miasto.

W literaturze orientacyjną zależność ekonomicznego napięcia zasilania [latex]U[/latex] [kV], od mocy pozornej [latex]S[/latex] [MVA] (mocy szczytowej [latex]P[/latex] w [MW]) i odległości zasilania [latex]l[/latex] [km] podaje wzór Weikerta [11]:

[latex]\displaystyle U=\sqrt{3}S+0,5l[/latex]                         (2.1)

Na podstawie wzoru (2.1) można jedynie obliczyć orientacyjne wartości napięcia zasilającego sieci elektroenergetycznej.

W tabeli 2.1 podaje się zalecane w kraju napięcia zasailania w zależności od mocy szczytowej
zakładu [11]. Podane tam wartości napięć są również przybliżone. O ostatecznym wyborze napięcia zasilającego w danym zakładzie przemysłowym powinna zadecydować przeprowadzona przez projektantów analiza ekonomiczna.

Tabela 2.1 Zalecane (dotychczas stosowane) napięcia zasilania w zależności od mocy szczytowej [11]

1.2. Napięcia sieci średniego napięcia

W mieście, gminie, zakładzie przemysłowym o wyborze napięcia sieci dystrybucyjnej średniego napięcia decydują następujące czynniki:

1. a) napięcie sieci zasilającej,
2. b) liczba i lokalizacja odbiorników wysokiego napięcia na terenie miasta, zakładu,
3. c) istniejąca elektrownia lub elektrociepłownia lub jej brak;
4. d) napięcie sieci dystrybucyjnej do 1 kV.

Ze względu na napięcie, sieci średniego napięcia (SN) dzieli się następująco:

• 1) sieci 6 kV; jest to najczęściej napięcie znamionowe dużych odbiorników i małych generatorów w obiektach przemysłowych;
• 2) sieci 10 kV; przy pomocy tego napięcia możliwe jest bezpośrednie zasilanie dużych odbiorników; silniki na to napięcie są droższe i trudniejsze w eksploatacji niż silniki i urządzenia na napięcie 6 kV;
• 3) sieci 15 kV i 20 kV; sieci te posiadają znacznie większą przepustowość niż sieci 6 kV i 10 kV, są one prostsze i odznaczają się mniejszymi kosztami rocznymi;
• 4) sieć 15 kV i 20 kV jest najczęściej stosowaną siecią rozdzielczą średniego napięcia w miastach i na terenach wiejskich;
• 5) sieci 30 kV są stosowane w zakładach przemysłowych , konieczna jest dodatkowa transformacja najczęściej np. 30/6 kV;
• 6) sieci 40 kV i 60 kV praktycznie są już niestosowane.

Analiza techniczno – ekonomiczna decyduje na ogół o wyborze napięcia sieci dystrybucyjnej wyższego niż 1 kV w zakładzie, mieście i gminie. Projektanci korzystają często z tabeli 2.2. przy wyborze napięcia sieci powyżej 1 kV.

Tabela 2.2. Zalecane napięcia sieci dystrybucyjnej wyższe niż 1 kV [11]

1.3. Napięcia sieci dystrybucyjnej do 1 kV

W miastach i na terenach wiejskich oraz obiektach przemysłowych w sieci niskiego napięcia stosuje się powszechnie napięcie znamionowe 230 V i 400 V.

W sieciach elektroenergetycznych zakładów przemysłowych występują następujące napięcia do
1 kV:

1. 3 x 230 V – praktycznie już zanikające, w nowobudowanych sieciach już niespotykane;
2. 3 x 400/230 V – najczęściej stosowane (od 1.01.2004; zaczęto je powszechnie wprowadzać). Służy ono do zasilania jednofazowych odbiorników 230V oraz do zasilania silników elektrycznych o mocach do 250 kW;
3. 3 x 500 V – spotykane ale już nierozwojowe;
4. 3 x 690 / 400 V – należy stosować tam, gdzie istnieje dużo odbiorników o dużych mocach, rozrzuconych po dość dużym terenie. O wyborze tego napięcia powinna decydować analiza techniczno – ekonomiczna, ponieważ bez obliczeń rzadko tylko można uznać napięcia 690 V za opłacalne. Przy stosowaniu napięcia 690 V konieczna jest oddzielna sieć o napięciu 400/230 V do zasilania oświetlenia i małych odbiorów siłowych. Przy takim rozwiązaniu zwiększają się koszty urządzeń i sieci elektroenergetycznej.