Klasifikacija sustava za distribuciju električne energije

Tipični električni sustav za isporuku struje može se klasificirati u tri glavne komponente: proizvodnju, prijenos i distribuciju. Električna energija proizvodi se u elektrani, koje su često udaljene od centara potrošnje. Stoga se koriste linije prijenosa kako bi se snaga prenosila na velike udaljenosti.

Za smanjenje gubitaka pri prijenosu koristi se visokonaponska struja u linijama prijenosa, a napon se smanjuje u centrima potrošnje. Sustav distribucije zatim prenosi tu energiju koncovim korisnicima.

Vrste sustava za distribuciju električne energije

Sustav distribucije može se klasificirati prema nekoliko kriterija:

• Priroda opskrbe:

• AC sustav distribucije: Većina potrošača zahtijeva AC struju, što je standard za proizvodnju, prijenos i distribuciju. AC napona lako se prilagođava pomoću transformatora, omogućujući učinkovite operacije step-up i step-down.

• DC sustav distribucije: Manje uobičajen, ali se koristi u specifičnim primjenama.

• Vrsta povezivanja:

• Radialni sustav

• Prstenasti sustav

• Međusobno povezani sustav

• Tip izgradnje:

• Nadzemni sustav

• Podzemni sustav

Klasifikacija prema prirodi opskrbe

Električna energija postoji u dvije forme: AC i DC. Sustav distribucije usklađen je s ovim vrstama. AC sustav distribucije dalje se dijeli po razini napona:

• Primarni sustav distribucije: Funkcioniše na višim naponima (npr. 3,3 kV, 6,6 kV, 11 kV) koristeći trofaznu trožicnu konfiguraciju. Opsežni potrošači poput industrija ili trgovinskih kompleksa dobivaju snagu uz pomoć step-down transformatora koji smanjuju napon do upotrebljive razine.

• Sekundarni sustav distribucije: Prenosi snagu na nižim, korisniku prijateljskim naponima.

Typična shema primarnog sustava distribucije prikazana je ispod, pokazujuići njegovu ulogu u dostavljanju visokonaponske snage prije konačne pretvorbe napona.

Sekundarni sustav distribucije prenosi snagu na nivou napona koji se koristi. Počinje ondje gdje se završava primarni sustav distribucije—obično na transformatoru koji smanjuje 11 kV na 415 V za direktnu distribuciju malim potrošačima.

Većina transformatora u ovoj fazi ima delta spoj primarnog zavojnice i zvjezdani spoj sekundarne zavojnice, što pruža zemljeni neutralni terminal. Ova konfiguracija omogućuje sekundarnom sustavu distribucije korištenje trofazne četverozica konfiguracije.

• Jednofazna opskrba: Dobiva se spajanjem bilo koje faze na neutralni terminal, dajući 230 V ili 120 V (ovisno o nacionalnim standardima). To se često koristi u stambenim domovima i malim trgovinama.

• Trofazna opskrba: Koristi se u malim industrijama, mlinovima za brašno i sličnim potrošačima, koji se spajaju na R, Y, B fazne terminali i neutralni (N) za trofaznu snagu.

Shema sekundarnog mrežnog sustava distribucije prikazana je ispod, demonstrirajući kako se napon prilagođava za primjene krajnjih korisnika.

DC sustav distribucije

Iako većina opterećenja u sustavima opskrbe bazira se na AC, određene primjene zahtijevaju DC struju, što zahtijeva korištenje DC sustava distribucije. U takvim slučajevima generirana AC struja pretvara se u DC putem rektifikatora ili rotornih pretvarača. Ključne primjene DC struje uključuju sustave za vozila, DC motore, punjenje baterija i elektroplakiranje.

DC sustav distribucije klasificira se prema konfiguraciji provoda:

Dvoprovodni DC sustav distribucije

Ovaj sustav koristi dva provoda: jedan na pozitivnom potencijalu (živi provod) i drugi na negativnom ili nultom potencijalu. Opterećenja (poput svjetala ili motora) spajaju se paralelno između dva provoda, prikladno za uređaje sa dvoterminsnim konfiguracijama. Skica ove postavke prikazana je ispod.

Troprovodni DC sustav distribucije

Troprovodni DC sustav distribucije

Ovaj sustav koristi tri provoda: dva živa provoda i jedan neutralni provod, pružajući ključnu prednost dva nivoa napona. Ako su živi provodi na +V i -V, s neutralnim na nultom potencijalu, spajanje opterećenja između jednog živog provoda i neutralnog daje V volt, dok spajanje između oba živa provoda daje 2V volta.

Ova konfiguracija omogućuje da se opterećenja s visokim naponom spajaju između živih provoda, a opterećenja s niskim naponom spajaju između živog provoda i neutralnog. Shema povezivanja za troprovodni DC sustav distribucije prikazana je ispod.

Klasifikacija sustava distribucije prema metodi povezivanja

Sustav distribucije klasificira se u tri vrste prema metodologiji povezivanja:

• Radialni sustav

• Prstenasti glavni sustav

• Međusobno povezani sustav distribucije

Radialni sustav

U radialnom sustavu, posebni feederi prenose snagu od podstanice do svake zone, s strujom koja teče unidirekcionalno od feedera do distributer. Ovaj dizajn je jednostavan i lako implementabilan, zahtijevajući nižu početnu investiciju u usporedbi s drugim sustavima.

Međutim, njegova pouzdanost je značajno ograničena: greška u jednom feederu može isključiti cijeli sustav koji opslužuje. Regulacija napona također pati za potrošače daleko od feedera, jer promjene opterećenja uzrokuju značajnije varijacije napona. Zbog tih razloga, radialni sustavi se obično koriste samo za kratkoumjerne distribucije do opterećenja smještenih blizu feedera. Jednolinijski dijagram radialnog sustava prikazan je ispod.

Prstenasti glavni sustav

U prstenastom glavnom sustavu, distribucijski transformatori su povezani u zatvorenu petlju, opskruženi od podstanice s jedne strane. Ovaj dizajn osigurava da svaki transformator ima dva različita puta do podstanice, poboljšavajući redundanciju i pouzdanost. Jednolinijski dijagram prstenastog glavnog sustava prikazan je ispod.

Ova konfiguracija može se usporediti s dvoma paralelno povezanima feederima. Na primjer, ako se dogodi greška između tačaka B i C, segment između B i C će biti izoliran od sustava, a podstanica može opskrbiti snagu putem dvije alternative.

Ovaj dizajn poboljšava pouzdanost sustava, smanjuje varijacije napona na kraju potrošača i osigurava da svaki segment petlje nosi manji struj—stoga zahtijeva manje materijala za vodove u usporedbi s radialnim sustavom.

Međusobno povezani sustav distribucije

Međusobno povezani sustav distribucije ima petlju opskruženu s više podstanica na različitim tačkama, zbog čega se naziva "mrežni sustav distribucije." Jednolinijski dijagram ovog sustava prikazan je ispod.

Kao što je prikazano na dijagramu iznad, petlja ABCDEFGHA opskružena je s dvije podstanice na tačkama A i E. Ova konfiguracija značajno poboljšava pouzdanost sustava u usporedbi s prstenastim glavnim i radialnim sustavima.

Iako međusobno povezani sustav ima superiornu kvalitetu i učinkovitost snage—čak i smanjuje rezervnu kapacitet snage—njegov dizajn je složen i zahtijeva višu početnu investiciju zbog potrebe za više podstanica.

Klasifikacija sustava distribucije prema tipu izgradnje
Podzemni sustav distribucije

Kao što naziv sugerira, ovaj sustav smješta provode ispod ulica ili trotira. Iako je sigurniji od nadzemnih sustava, ima visoke početne troškove zbog kopanja, cevi, otvora i specijaliziranih kabela. Podzemni kabeli su manje skloni greškama i pružaju estetske prednosti (nevidljivost), ali otkrivanje i popravak grešaka su teški. Njihov životni vijek prelazi 50 godina.

Nadzemni sustav distribucije

Provodi su montirani na drvene, betonske ili čelikove stupove u ovom konvencionalnom postavljanju. Iako su više skloni greškama i sigurnosnim opasnostima nego podzemni sustavi, imaju niže početne troškove i veću fleksibilnost za proširenje opterećenja. Zrak služi kao sredstvo izolacije, eliminirajući potrebu za specijaliziranim kablom i omogućujući veću kapacitet prenosa struje. Instalacija, lokacija grešaka i popravci su jednostavni, održavajući niske troškove održavanja—iako može utjecati na sustave komunikacije. Njegov korisni životnji vijek prelazi 25 godina.