Classificació dels sistemes de xarxes de distribució d'electricitat
El sistema típic de xarxa d'energia elèctrica es classifica en tres components principals: generació, transmissió i distribució. L'energia elèctrica es produeix en centrals elèctriques, que sovint estan situades lluny dels punts de càrrega. Com a resultat, s'utilitzen línies de transmissió per a transportar l'energia a llargues distàncies.
Per a minimitzar les pèrdues de transmissió, s'utilitza energia d'alta tensió en les línies de transmissió, i la tensió es redueix al punt de càrrega. El sistema de distribució llavors porta aquesta energia als usuaris finals.
Tipus de Sistemes de Distribució d'Energia Elèctrica
El sistema de distribució es pot classificar basant-se en diversos criteris:
Classificació segons la Natura de l'Abastament
L'energia elèctrica existeix en dues formes: AC i DC. El sistema de distribució s'alinea amb aquests tipus. El sistema de distribució AC es divideix més endavant per nivell de tensió:
La disposició típica del sistema de distribució primària es mostra a continuació, il·lustrant el seu paper en la distribució d'alta tensió abans de la conversió final de tensió.
El sistema de distribució secundària proporciona energia al nivell de tensió d'utilització. Comença on acaba el sistema de distribució primària—normalment en un transformador que redueix 11 kV a 415 V per a la distribució directa a petits consumidors.
La majoria dels transformadors en aquesta etapa presenten una bobina primària connectada en delta i una bobina secundària connectada en estrella, que proporciona un terminal neutre a terra. Aquesta configuració permet al sistema de distribució secundària utilitzar una configuració de quatre fils de tres fases.
La disposició d'una xarxa de distribució secundària es mostra a continuació, demostrant com la tensió es adapta per a les aplicacions dels usuaris finals.
Sistema de Distribució DC
Encara que la majoria de les càrregues del sistema d'energia són basades en AC, certes aplicacions requereixen energia DC, necessitant l'ús d'un sistema de distribució DC. En aquests casos, l'energia AC generada es converteix a DC mitjançant rectificadors o convertidors rotatius. Les aplicacions clau per a l'energia DC inclouen sistemes de tracció, motors DC, càrrega de bateries i electroplaquats.
El sistema de distribució DC es classifica segons la seva configuració de cableat:
Sistema de Distribució DC de Dos Fils
Aquest sistema utilitza dos fils: un a potencial positiu (fil vif) i l'altre a potencial negatiu o zero. Les càrregues (com llums o motors) es connecten en paral·lel entre els dos fils, adequat per a dispositius amb configuracions de dos terminals. Un esquema d'aquesta configuració es mostra a continuació.
Sistema de Distribució DC de Tres Fils
Sistema de Distribució DC de Tres Fils
Aquest sistema utilitza tres fils: dos fils vifs i un fil neutre, oferint la principal avantatge de proporcionar dos nivells de tensió. Suposem que els fils vifs estan a +V i -V, amb el neutre a potencial zero. Connectar una càrrega entre un fil vif i el neutre produeix V volts, mentre que connectar entre els dos fils vifs proporciona 2V volts.
Aquesta configuració permet que les càrregues d'alta tensió es connectin entre els fils vifs i les càrregues de baixa tensió es connectin entre un fil vif i el neutre. El diagrama de connexió per a un sistema de distribució DC de tres fils es mostra a continuació.
Classificació del Sistema de Distribució segons el Mètode de Connexió
El sistema de distribució es classifica en tres tipus basant-se en el mètode de connexió:
Sistema Radial
En un sistema radial, alimentadors separats porten l'energia d'una subestació a cada àrea, amb l'energia que flueix unidireccionalment des de l'alimentador al distribuidor. Aquest disseny és simple i fàcil d'implementar, requerint un inversió inicial més baixa en comparació amb altres sistemes.
No obstant això, la seva fiabilitat està significativament limitada: un fracàs en un alimentador pot aturar tot el sistema que serveix. La regulació de tensió també patix per als consumidors lluny de l'alimentador, ja que les fluctuacions de càrrega causen variacions de tensió més pronunciades. Per aquestes raons, els sistemes radials s'utilitzen normalment només per a la distribució a curta distància a càrregues situades prop de l'alimentador. Un diagrama de línia única del sistema radial es mostra a continuació.
Sistema en Anell Principal
En un sistema en anell principal, els transformadors de distribució estan connectats en una configuració de bucle tancat, alimentats per una subestació des d'un extrem. Aquest disseny assegura que cada transformador tingui dues rutes diferents a la subestació, augmentant la redundància i la fiabilitat. Un diagrama de línia única del sistema en anell principal es mostra a continuació.
Aquesta configuració es pot semblar a dos alimentadors connectats en paral·lel. Per exemple, si hi ha un defecte entre els punts B i C, el segment entre B i C serà aïllat del sistema, i la subestació podrà suministrar energia a través de dues rutes alternatives.
Aquest disseny augmenta la fiabilitat del sistema, redueix les fluctuacions de tensió al costat del consumidor i assegura que cada segment de bucle porta una corrent inferior—per tant, requereix menys material conductor en comparació amb el sistema radial.
Sistema de Distribució Interconnectat
El sistema de distribució interconnectat presenta un bucle alimentat per diverses subestacions en diferents punts, guanyant el nom de "sistema de distribució en graella". Un diagrama de línia única d'aquest sistema es mostra a continuació.
Com es mostra en el diagrama anterior, el bucle ABCDEFGHA està alimentat per dues subestacions als punts A i E. Aquesta configuració augmenta significativament la fiabilitat del sistema en comparació amb els sistemes en anell principal i radial.
Encara que el sistema interconnectat ofereix una qualitat i eficiència de l'energia superior—inclus reduint la capacitat de reserva d'energia—el seu disseny és complex i requereix un inversió inicial més elevada degut a la necessitat de múltiples subestacions.
Classificació dels Sistemes de Distribució segons el Tipus de Construcció
Sistema de Distribució Subterrani
Com indica el nom, aquest sistema col·loca els conductors sota les carreres o passeigs. Tot i que és més segur que els sistemes aèris, comporta un cost inicial elevat degut a l'excavació, conduits, poals i cables especialitzats. Els cables subterrànics són menys propensos a defectes i oferint beneficis estètics (invisibilitat), però la detecció i reparació de defectes són difícils. La seva vida útil supera els 50 anys.
Sistema de Distribució Aeri
Els conductors són muntats en postes de fusta, formigó o acer en aquesta configuració convencional. Tot i que són més propensos a defectes i perillosos que els sistemes subterrànics, tenen un cost inicial més baix i més flexibilitat per a l'expansió de la càrrega. L'aire serveix com a medi d'aislament, eliminant la necessitat de cables especials i permetent una capacitat de corrent més elevada. La instal·lació, la localització de defectes i la reparació són senzilles, mantenint els costos de manteniment baixos—tot i que poden interferir amb els sistemes de comunicació. La seva vida útil supera els 25 anys.
