Klassificering af elektriske fordele nettet systemer

Den typiske elektriske strømsystemnetværk er inddeelt i tre hovedkomponenter: produktion, transmission og distribution. Elektrisk strøm produceres i kraftværker, som ofte ligger langt fra forbrugscentre. Derfor bruges transmissionslinjer til at levere strøm over lange afstande.

For at minimere transmissionsforskyld, anvendes højspænding i transmissionslinjerne, og spændingen nedsættes ved forbrugscentret. Distributionsystemet leverer derefter denne strøm til slutbrugere.

Typer af elektriske distributionsystemer

Distributionsystemet kan inddeles baseret på flere kriterier:

• Natur af forsyning:

• AC-distributionsystem: De fleste forbrugere kræver AC-strøm, hvilket gør det til standard for produktion, transmission og distribution. AC-spænding kan let justeres ved hjælp af transformatorer, hvilket muliggør effektive op- og nedtrappingsoperationer.

• DC-distributionsystem: Mindre almindeligt, men anvendes i specifikke applikationer.

• Forbindelsestype:

• Radialsystem

• Ring system

• Interconnected system

• Konstruktionstype:

• Overhead system

• Underground system

Klassificering efter forsyningsnatur

Elektrisk strøm findes i to former: AC og DC. Distributionsystemet er tilpasset disse typer. AC-distributionsystemet er yderligere inddelt ud fra spændingsniveau:

• Primært distributionsystem: Funktionerer ved højere spændinger (f.eks. 3,3 kV, 6,6 kV, 11 kV) med en tre-fase tre-led konfiguration. Det leverer strøm til store forbrugere som industrier eller kommersielle komplekser, med nedtrappings-transformatorer nær lokaler, der reducerer spændingen til anvendelige niveauer.

• Sekundært distributionsystem: Leverer strøm ved lavere, forbruger-venlige spændinger.

Det typiske layout for primært distributionsystem vises nedenfor, der viser dets rolle i højspændingsstrømforsyning før den endelige spændingskonvertering.

Sekundært distributionsystem leverer strøm ved udnyttelsesspændingsniveau. Det begynder, hvor primært distributionsystem slutter—typisk ved en transformator, der nedtrapper 11 kV til 415 V for direkte distribution til små forbrugere.

De fleste transformatorer i dette trin har en delta-forbundet primærspole og en stjerneforbindelse sekundærspole, hvilket giver en jordet neutralterminal. Denne konfiguration gør det muligt for sekundært distributionsystem at bruge en tre-fase fire-led opsætning.

• Enfasestrøm: Opnås ved at forbinde en fase til den neutrale terminal, hvilket resulterer i 230 V eller 120 V (afhængigt af nationale standarder). Dette anvendes ofte i boliger og små butikker.

• Trefasestrøm: Anvendes af små industrier, mellemfrømøller og lignende forbrugere, der forbinder til R, Y, B faseterminaler og neutral (N) for trefasestrøm.

Layoutet for et sekundært distributionsnetværk vises nedenfor, der demonstrerer, hvordan spændingen tilpasses for slutbrugere.

DC-distributionsystem

Selvom de fleste strømsystembelastninger er AC-baserede, kræver visse applikationer DC-strøm, hvilket nødvendiggør brugen af et DC-distributionsystem. I sådanne tilfælde omdannes genereret AC-strøm til DC via rektifikatorer eller roterende konvertere. Nøgleapplikationer for DC-strøm inkluderer traktionssystemer, DC-motorer, batteriopladning og elektroplatering.

DC-distributionsystemet er inddeelt ud fra dens ledningskonfiguration:

To-led DC-distributionsystem

Dette system anvender to led: ét ved positiv potential (liveledning) og det andet ved negativ eller nulpotential. Belastninger (som lamper eller motorer) forbinder parallel mellem de to led, egnet til enheder med to-terminal-konfiguration. En skematisk illustration af denne opsætning vises nedenfor.

Tre-led DC-distributionsystem

Tre-led DC-distributionsystem

Dette system anvender tre led: to liveledninger og én neutralledning, hvilket giver den vigtige fordel at give to spændingsniveauer. Antag at liveledningerne er ved +V og -V, med neutralen ved nulpotential. Ved at forbinde en belastning mellem en liveledning og neutralen, resulterer det i V volts, mens forbindelse over begge liveledninger giver 2V volts.

Denne konfiguration gør det muligt for højspændingsbelastninger at forbinde over liveledningerne og lavspændingsbelastninger at forbinde mellem en liveledning og neutral. Forbindelsediagrammet for et tre-led DC-distributionsystem vises nedenfor.

Klassificering af distributionsystemer efter forbindelsesmetode

Distributionsystemet er inddeelt i tre typer baseret på forbindelsesmetodologi:

• Radialsystem

• Ring main system

• Interconnected distributionsystem

Radialsystem

I et radialsystem leverer separate forsyninger strøm fra en understation til hvert område, med strøm, der flyder unidirektionalt fra forsyning til distributor. Denne design er simpel og nem at implementere, med lavere initielle investeringer sammenlignet med andre systemer.

Dog er dets pålidelighed betydeligt begrænset: en fejl i en forsyning kan lukke hele systemet ned, den serverer. Spændingsregulering lider også for forbrugere, der er langt fra forsyningen, da belastningsfluktueringer forårsager mere udtalte spændingsvariationer. Af disse grunde anvendes radialsystemer typisk kun til kortdistancesdistribution til belastninger, der ligger tæt på forsyningen. Et enkeltskabelinjediagram af radialsystemet vises nedenfor.

Ring main system

I et ring main system er distributionstransformatorer forbundet i en lukket løkkekonfiguration, forsynet af en understation fra ét ende. Dette design sikrer, at hver transformator har to forskellige veje til understationen, hvilket øger redundans og pålidelighed. Et enkeltskabelinjediagram af ring main systemet vises nedenfor.

Denne konfiguration kan sammenlignes med to parallelle forsyninger. For eksempel, hvis en fejl forekommer mellem punkter B og C, vil segmentet mellem B og C blive isoleret fra systemet, og understationen kan forsyne strøm gennem to alternative ruter.

Dette design øger systemets pålidelighed, reducerer spændingsfluktueringer ved forbrugerenden og sikrer, at hvert løbende segment bærer en lavere strøm—hvilket kræver mindre ledningsmateriale sammenlignet med radialsystemet.

Interconnected distributionsystem

Interconnected distributionsystemet har en løkke, der forsynes af flere understationer ved forskellige punkter, hvilket giver det navnet "grid distributionsystem." Et enkeltskabelinjediagram af dette system vises nedenfor.

Som vist i diagrammet ovenfor, forsynes løbet ABCDEFGHA af to understationer ved punkter A og E. Denne konfiguration øger systemets pålidelighed betydeligt sammenlignet med både ring main og radialsystemer.

Selvom interconnected systemet har superiore strømkvalitet og effektivitet—og endda reducerer reservekapaciteten—har dets design en højere kompleksitet og kræver en højere initiel investering pga. behovet for flere understationer.

Klassificering af distributionsystemer efter konstruktionstype
Underground distributionsystem

Som navnet antyder, placeres ledninger under gader eller fortov. Selvom det er sikrere end overhead-systemer, indebærer det høje initielle omkostninger pga. gravning, ledningskanaler, mandehuller og specialiserede kabler. Underground kabler er mindre udsat for fejl og giver æstetiske fordele (usynlighed), men fejlregistrering og -reparation er svære. Deres levetid overstiger 50 år.

Overhead distributionsystem

Ledninger monteres på træ, beton eller stål-poler i denne konventionelle opsætning. Selvom det er mere udsat for fejl og sikkerhedshensyn end underground-systemer, har det lavere initielle omkostninger og større fleksibilitet for belastningsudvidelse. Luft fungerer som isolationsmedium, hvilket eliminerer behovet for specielle kabler og tillader højere strømbærende kapacitet. Installation, fejlregistrering og -reparation er enkle, hvilket holder vedligeholdelsesomkostninger lave—selvom det kan forstyrre kommunikationssystemer. Dets anvendelsesperiode overstiger 25 år.