Які переваги та недоліки мають кільцеві основні електричні системи?

Переваги та недоліки кільцевої електричної системи

Кільцева електрична система є поширеною топологією для мереж розподілу, особливо в середньовольтових та низьковольтових системах розподілу електроенергії. Вона з'єднує багато споживачів або точок розподілу в замкнений контур для розподілу електроенергії. Нижче наведено переваги та недоліки кільцевої електричної системи:

I. Переваги

Висока надійність

• Запасна система живлення: Кільцева система має два шляхи для живлення. Навіть якщо одна частина кабелю або комутаційного обладнання вийде з ладу, електроенергія все одно може бути підведена до нижчих споживачів через інший шлях. Ця надлишковість значно підвищує надійність системи та безперервність живлення.

• Зменшення масштабу відключень: Коли виникає аварія в одному сегменті, потрібно ізольувати лише цей сегмент, що мінімізує вплив на решту системи та зменшує масштаб відключень.

Гнучкий розподіл навантаження

• Простота розширення: Кільцева система дозволяє додавати нові навантаження або точки розподілу в будь-якому місці вздовж кільця без значного впливу на стабільність існуючої системи. Це робить її високо гнучкою для розширення або реконструкції.

• Балансування навантаження: Оскільки струм може течи в обох напрямках вздовж кільця, це допомагає краще балансувати навантаження по різних сегментах, запобігаючи перенавантаженню на одному боці.

Менше опадання напруги

Двосполучна система живлення: Струм може входити в навантаження з двох напрямків, що зменшує струмове навантаження на одній лінії та таким чином знижує опадання напруги. Це особливо важливо для довговідстанного розподілу, забезпечуючи кращу якість напруги для кінцевого користувача.

Зменшення струму короткого замикання

Ефект обмеження струму: У деяких випадках кільцеву систему можна спроектувати так, щоб обмежити струми короткого замикання. Наприклад, використання пристроїв обмеження струму або вибір відповідних розмірів кабелів може ефективно знизити вплив струмів короткого замикання на обладнання.

Зручне обслуговування

Локальна ізоляція: Коли потрібне обслуговування або огляд певного сегмента, достатньо відкрити лише два вимикачі в цьому сегменті, що дозволяє решті системи залишатися в роботі. Це робить обслуговування більш зручним та мінімізує перебої.

II. Недоліки

Вища початкова інвестиція

• Додаткові кабелі та комутаційне обладнання: Порівняно з радіальною системою розподілу, кільцева система потребує більше кабелів та комутаційного обладнання для формування замкнутого контуру, що збільшує початкові витрати на будівництво.

• Складна конфігурація захисту: Для забезпечення безпечного функціонування кільцева система часто потребує більш складних пристроїв реле-захисту та систем автоматизованого управління для обробки можливих аварійних ситуацій. Ці пристрої також мають вищу вартість.

Складне визначення місця аварії

• Текущий струм через багато шляхів: Оскільки струм тече через багато шляхів у кільці, визначення точного місця аварії може бути складним. У великих кільцевих системах це може збільшити час, необхідний для визначення місця аварії, що впливає на ефективність ремонту.

• Складність координації захисту: Пристрої реле-захисту в кільцевій системі повинні бути точно налаштовані, щоб запобігти невірному дії або невідповідності. Якщо налаштування не правильні, аварії можуть посилитися або не бути швидко ізольовані.

Обмеження при роботі в режимі відкритого кільця

Живлення в одному напрямку: На практиці, кільцеві системи часто працюють в режимі відкритого кільця (тобто, закритий лише один вимикач) для спрощення налаштувань захисту та зменшення струмів короткого замикання. У цьому режимі система по суті стає радіальною системою розподілу, втрачаючи деякі переваги надлишкового живлення.

Нерівномірне навантаження: При роботі в режимі відкритого кільця, струм входить в навантаження лише з одного напрямку, що може призвести до нерівномірного навантаження по різних сегментах кільця, що впливає на стабільність та ефективність системи.

Виклики при роботі в режимі замкнутого кільця

Збільшення струмів короткого замикання: Коли кільцева система працює в режимі замкнутого контуру, струми короткого замикання можуть значно збільшитися, особливо коли декілька джерел живлення одночасно надають електроенергію. Це вимагає комутаційного обладнання з більшою здатністю розімкнення, що додає складності та вартості вибору обладнання.

Складне налаштування захисту: У режимі замкнутого контуру, пристрої захисту в кільцевій системі повинні бути перенастроєні, щоб врахувати нові шаблони потоку струму. Неправильне налаштування може призвести до невірної дії або невідповідності пристроїв захисту, що підриває безпеку системи.

Високі вимоги до зв'язку та автоматизації

Потреба у реальному часовому моніторингу: Для забезпечення ефективної роботи, зазвичай потрібні передові системи зв'язку та автоматизації для моніторингу стану та умов навантаження кожного сегмента в реальному часі. Це збільшує складність системи та ставить вищі вимоги до технічних навичок операторів.

III. Сценарії застосування

Кільцеві електричні системи підходять для таких сценаріїв:

• Міські мережі розподілу: Особливо в густонаселених міських центрах, кільцеві системи можуть підвищити надійність та гнучкість живлення, зменшуючи вплив відключень.

• Промислові парки: Для великих промислових парків, кільцеві системи забезпечують стабільне живлення та підтримують потреби майбутнього розширення.

• Комерційні будівлі та загальнодоступні об'єкти: Такі як торговельні центри, лікарні, аеропорти тощо, де кільцеві системи можуть забезпечити неперервне живлення критичних об'єктів, підтримуючи безпеку населення та якість послуг.

Висновок

Кільцева електрична система має значні переваги, такі як висока надійність, гнучкий розподіл навантаження, менше опадання напруги, зменшення струмів короткого замикання та зручне обслуговування, що робить її широко використовуваною в середньовольтових та низьковольтових системах розподілу. Однак, вона також має недоліки, включаючи вищу початкову інвестицію, складне визначення місця аварії, виклики при координації захисту, обмеження при роботі в режимі відкритого кільця та високі вимоги до зв'язку та автоматизації. Тому, при прийнятті рішення про використання кільцевої системи, важливо врахувати специфічні потреби проекту, бюджет та технічні умови, взваживши переваги та недоліки, щоб зробити найбільш відповідний вибір.