Klasifikacija priključaka električnih sustava

Definicija i klasifikacija čvorova u električnim sustavima

U električnom sustavu, čvor se definira kao točka spoja, obično prikazana kao okomita crta, gdje su različiti komponenti sustava poput generatora, opterećenja i vodova međusobno povezani. Svaki čvor u električnom sustavu karakteriziraju četiri ključna električna veličina: magnituda napona, fazijski kut napona, aktivna snaga (poznata i kao stvarna snaga) i reaktivna snaga. Ove veličine igraju ključnu ulogu u analizi i razumijevanju ponašanja i performansi električnog sustava.

Tijekom studija protoka opterećenja, koje imaju za cilj analizirati stanja stabilne radne točke električnog sustava, od četiri veličine povezane s svakim čvorom, dvije su poznate, a preostale dvije treba odrediti. Na temelju kojih od ovih veličina su zadane, čvorovi se mogu klasificirati u tri odvojene kategorije: generacijski čvorovi, čvorovi opterećenja i čvorovi praznine. Ova klasifikacija pomaže u formuliranju i rješavanju jednadžbi protoka opterećenja, omogućujući inženjerima da efektivno analiziraju rad električnog sustava, planiraju proizvodnju i distribuciju struje te osiguravaju opću stabilnost i pouzdanost električne mreže.

Dolje prikazana tablica pokazuje vrste čvorova i pripadajuće poznate i nepoznate vrijednosti.

Generacijski čvor (čvor kontrola napona ili P-V čvor)

Generacijski čvor, često nazvan P-V čvor, ključni je element u analizi električnih sustava. Na ovom tipu čvora dva parametra su unaprijed zadana: magnituda napona, koja se podudara s generiranim naponom, i aktivna snaga (stvarna snaga) P, koja odgovara ocjeni generatora. Za održavanje magnitude napona na konstantnoj, zadanoj vrijednosti, reaktivna snaga se ubacuje u sustav prema potrebi. Kao rezultat, generiranje reaktivne snage Q i fazni kut δ napona na P-V čvoru su nepoznanice koje moraju biti izračunate putem algoritama analize električnog sustava. Ovaj postupak je ključan za osiguranje stabilnosti i ispravnog funkcioniranja električne mreže, jer održavanje konstantne razinu napona neophodno je za pouzdano dostavljanje struje.

Čvor opterećenja (P-Q čvor)

Čvor opterećenja, također poznat kao P-Q čvor, služi kao točka spoja gdje se aktivna i reaktivna snaga povlače iz ili ubacuju u električnu mrežu. U kontekstu studija protoka opterećenja, na ovom čvoru vrijednosti aktivne snage P i reaktivne snage Q zadaju se na temelju svojstava povezanih opterećenja. Glavne nepoznanice ovdje su magnituda i fazni kut napona. Iako se napón na čvoru opterećenja može mijenjati unutar dopustivog raspona, obično oko 5%, njegovo održavanje unutar ovih granica ključno je za ispravno funkcioniranje povezanih električnih uređaja. Za opterećenja, fazni kut δ napona manje je kritičan uspoređeno s magnitudom napona, jer su većina električnih aparata dizajnirana da djeluju učinkovito unutar određenog raspona magnituda napona.

Čvor praznine, balansni ili referentni čvor

Čvor praznine igra jedinstvenu i nužnu ulogu u električnim sustavima. Na razliku od drugih čvorova, on ne direktno snabdijevanje strujom nikakvog fizičkog opterećenja. Umjesto toga, djeluje kao rezervoar struje, sposoban apsorbirati ili ubaciti i aktivnu i reaktivnu snagu u električni sustav prema potrebi. U analizi protoka opterećenja, magnituda i fazni kut napona na čvoru praznine su unaprijed definirani. Konvencionalno, fazni kut napona na ovom čvoru postavljen je na nulu, čime postaje referentna točka za cijeli električni sustav. Vrijednosti aktivne i reaktivne snage za čvor praznine određuju se tijekom rješavanja jednadžbi protoka opterećenja.

Koncept čvora praznine nastaje iz praktičnih izazova izračuna protoka opterećenja. Budući da I²R gubitci unutar električnog sustava ne mogu se točno predvidjeti unaprijed, postaje nemoguće precizno specificirati ukupnu ubačenu snagu na svakom pojedinom čvoru. Dizajniranjem čvora praznine, inženjeri mogu izjednačiti jednadžbe snage širom sustava, osiguravajući da su ukupni izračuni protoka opterećenja konzistentni i točni. Konvencija nul-faznog kuta na čvoru praznine pojednostavljuje matematičko modeliranje i analizu električnog sustava, olakšavajući razumijevanje električnih odnosa i razmjena snage unutar mreže.