طبقه‌بندی سیستم‌های شبکه توزیع برق
شبکه معمولی سیستم برق به سه جزء اصلی تقسیم‌بندی می‌شود: تولید، انتقال و توزیع. برق در نیروگاه‌ها تولید می‌شود که غالباً دور از مراکز بار قرار دارند. بنابراین، خطوط انتقال برای ارسال برق در فواصل طولانی استفاده می‌شوند.
برای کاهش زیان‌های انتقال، ولتاژ بالا در خطوط انتقال استفاده می‌شود و در مرکز بار ولتاژ کاهش می‌یابد. سپس سیستم توزیع این برق را به مصرف‌کنندگان نهایی ارسال می‌کند.
نوع‌های سیستم توزیع برق
سیستم توزیع می‌تواند بر اساس معیارهای مختلف طبقه‌بندی شود:
طبقه‌بندی بر اساس طبيعت تامين
برق به دو شکل وجود دارد: AC و DC. سیستم توزیع با این انواع هماهنگ است. سیستم توزیع AC بیشتر بر اساس سطح ولتاژ تقسیم‌بندی می‌شود:
طرح معمولی سیستم توزیع اصلی در زیر نشان داده شده است که نقش آن در تحویل برق با ولتاژ بالا قبل از تبدیل نهایی ولتاژ را نشان می‌دهد.
سیستم توزیع ثانویه برق را در سطح ولتاژ استفاده تحویل می‌دهد. این سیستم از نقطه‌ای که سیستم توزیع اصلی تمام می‌شود شروع می‌شود—معمولاً در یک ترانسفورماتور که 11 kV را به 415 V کاهش می‌دهد تا مستقیماً به مصرف‌کنندگان کوچک تحویل دهد.
اغلب ترانسفورماتورها در این مرحله دارای یک پیچه اولیه متصل به مثلث و یک پیچه ثانویه متصل به ستاره هستند که یک ترمینال نیوترال زمین‌شده فراهم می‌کند. این کنفیگوراسیون به سیستم توزیع ثانویه اجازه می‌دهد تا از یک سیستم چهارسیمه سه‌فاز استفاده کند.
طرح یک شبکه توزیع ثانویه در زیر نشان داده شده است که نحوه تنظیم ولتاژ برای کاربردهای نهایی را نشان می‌دهد.
سیستم توزیع DC
در حالی که اکثر بارهای سیستم برق بر اساس AC هستند، برنامه‌های خاصی به برق DC نیاز دارند که نیازمند استفاده از یک سیستم توزیع DC است. در چنین مواردی، برق AC تولید شده با استفاده از رکتیفایرهای یا ترانسفورماتورهای چرخشی به DC تبدیل می‌شود. کاربردهای مهم برق DC شامل سیستم‌های حرکتی، موتورهای DC، شارژ باتری و الکتروپلاکینگ است.
سیستم توزیع DC بر اساس کنفیگوراسیون سیم‌کشی طبقه‌بندی می‌شود:
سیستم توزیع DC دوسیمه
این سیستم از دو سیم استفاده می‌کند: یکی با پتانسیل مثبت (سیم زنده) و دیگری با پتانسیل منفی یا صفر. بارها (مانند چراغ‌ها یا موتورها) بین دو سیم به صورت موازی متصل می‌شوند، که مناسب برای دستگاه‌های با کنفیگوراسیون دوترمینالی است. یک نمودار این تنظیم در زیر نشان داده شده است.
سیستم توزیع DC سه‌سیمه
سیستم توزیع DC سه‌سیمه
این سیستم از سه سیم استفاده می‌کند: دو سیم زنده و یک سیم نیوترال، که مزیت اصلی آن ارائه دو سطح ولتاژ است. فرض کنید سیم‌های زنده در +V و -V باشند و سیم نیوترال در پتانسیل صفر. اتصال یک بار بین یک سیم زنده و نیوترال V ولت می‌دهد، در حالی که اتصال بین دو سیم زنده 2V ولت می‌دهد.
این کنفیگوراسیون امکان می‌دهد تا بارهای با ولتاژ بالا بین سیم‌های زنده و بارهای با ولتاژ پایین بین یک سیم زنده و نیوترال متصل شوند. نمودار اتصال یک سیستم توزیع DC سه‌سیمه در زیر نشان داده شده است.
طبقه‌بندی سیستم توزیع بر اساس روش اتصال
سیستم توزیع بر اساس روش اتصال به سه نوع تقسیم‌بندی می‌شود:
سیستم شعاعی
در سیستم شعاعی، فیدرهای جداگانه برق را از یک زیرстан به هر منطقه ارسال می‌کنند، با جریان برق به صورت یک‌سویه از فیدر به توزیع‌کننده. این طراحی ساده و آسان در اجرا است و نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه کمتری نسبت به سایر سیستم‌ها دارد.
با این حال، قابلیت اطمینان آن به طور قابل توجهی محدود است: شکست در یک فیدر می‌تواند کل سیستم را غیرفعال کند. تنظیم ولتاژ نیز برای مصرف‌کنندگان دور از فیدر ضعیف است، چون نوسانات بار باعث تغییرات ولتاژ بیشتر می‌شود. به این دلایل، سیستم‌های شعاعی معمولاً فقط برای توزیع در فواصل کوتاه به بارهای نزدیک فیدر استفاده می‌شوند. یک نمودار خطی از سیستم شعاعی در زیر نشان داده شده است.
سیستم حلقه اصلی
در سیستم حلقه اصلی، ترانسفورماتورهای توزیع به یک کنفیگوراسیون حلقه بسته متصل می‌شوند و از یک سو توسط یک زیرستان تأمین می‌شوند. این طراحی اطمینان می‌دهد که هر ترانسفورماتور دو مسیر متمایز به زیرستان دارد، که قابلیت اطمینان و امنیت را افزایش می‌دهد. یک نمودار خطی از سیستم حلقه اصلی در زیر نشان داده شده است.
این کنفیگوراسیون می‌تواند به دو فیدر متصل به صورت موازی تشبیه شود. برای مثال، اگر یک خرابی بین نقاط B و C رخ دهد، بخش بین B و C از سیستم جدا خواهد شد و زیرستان می‌تواند برق را از طریق دو مسیر جایگزین تأمین کند.
این طراحی قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می‌دهد، نوسانات ولتاژ در سمت مصرف‌کننده را کاهش می‌دهد و مطمئن می‌شود که هر بخش حلقه جریان کمتری را حمل می‌کند—بنابراین نیاز به مصالح رسانا کمتری نسبت به سیستم شعاعی دارد.
سیستم توزیع متصل شده
سیستم توزیع متصل شده دارای یک حلقه است که از چند زیرستان در نقاط مختلف تأمین می‌شود، که به آن نام "سیستم توزیع شبکه‌ای" داده می‌شود. یک نمودار خطی از این سیستم در زیر نشان داده شده است.
همانطور که در نمودار بالا نشان داده شده است، حلقه ABCDEFGHA از دو زیرستان در نقاط A و E تأمین می‌شود. این کنفیگوراسیون قابلیت اطمینان سیستم را به طور قابل توجهی نسبت به سیستم‌های حلقه اصلی و شعاعی افزایش می‌دهد.
در حالی که سیستم متصل شده کیفیت و کارایی برق را حتی با کاهش ظرفیت ذخیره برق افزایش می‌دهد، طراحی آن پیچیده است و نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه بالاتری دارد به دلیل نیاز به چندین زیرستان.
طبقه‌بندی سیستم‌های توزیع بر اساس نوع ساخت
سیستم توزیع زیرزمینی
همانطور که از نام آن پیداست، این سیستم رسانه‌ها را زیر خیابان‌ها یا پیاده‌روها قرار می‌دهد. در حالی که این سیستم ایمن‌تر از سیستم‌های هوایی است، هزینه‌های اولیه بالایی به دلیل حفاری، لوله‌های کندوکتور، چاه‌ها و کابل‌های تخصصی دارد. کابل‌های زیرزمینی کمتر عیب‌پذیر هستند و مزیت‌های زیبایی‌شناسی (ناپیدا بودن) را دارند، اما تشخیص و تعمیر عیب در آن‌ها دشوار است. عمر آن‌ها بیش از 50 سال است.
سیستم توزیع هوایی
در این تنظیم متعارف، رسانه‌ها روی دامنه‌های چوبی، بتنی یا فولادی نصب می‌شوند. اگرچه این سیستم در مقایسه با سیستم‌های زیرزمینی بیشتر عیب‌پذیر و خطرناک است، اما هزینه‌های اولیه کمتری دارد و انعطاف‌پذیری بیشتری برای گسترش بار دارد. هوا به عنوان ماده عایقی عمل می‌کند، که نیاز به کابل‌های خاص را حذف می‌کند و امکان حمل جریان بیشتر را فراهم می‌کند. نصب، یافتن عیب و تعمیر آن ساده است، که هزینه‌های نگهداری را کم می‌کند—اگرچه ممکن است با سیستم‌های ارتباطی تداخل ایجاد کند. عمر مفید آن بیش از 25 سال است.
