Elektromos energiaelosztó hálózati rendszerek osztályzása
A tipikus elektromos hálózat három fő komponensre osztható: termelés, továbbítás és elosztás. Az áramot nagy távolságra található erőművekben állítják elő, amelyek gyakran messze helyezkednek el a terhelésközpontoktól. Ennek következtében a továbbítási vonalak szolgálnak az áram hosszú távolságú szállítására.
A továbbítási veszteségek minimalizálása érdekében a továbbítási vonalakban magas feszültségű áramot használnak, és a terhelésközponton csökkentik a feszültséget. Az elosztási rendszer ezután ezt az áramot végfelhasználókhoz szállítja.
Elektromos energia elosztási rendszereinek típusai
Az elosztási rendszert több kritérium alapján is oszthatjuk osztályokba:
Osztályozás ellátás jellege szerint
Az elektromos energia két formában létezik: AC és DC. Az elosztási rendszer ezekhez a típusokhoz igazodik. Az AC elosztási rendszer tovább osztható feszültségi szintek szerint:
Az elsődleges elosztási rendszer tipikus elrendezése az alábbi ábrán látható, amely bemutatja a magasfeszültségű áram szállításának szerepét a végső feszültségkonverzió előtt.
A másodlagos elosztási rendszer áramot szolgáltat a felhasználói feszültségi szinten. Ahová az elsődleges elosztási rendszer végződik—általában egy transzformátorban, amely 11 kV-t 415 V-ra csökkenti a kis felhasználók közvetlen ellátásához.
Ebben a szakaszban a legtöbb transzformátor delta-kapcsolódó elsődleges tekercsel és csillagkapcsolódó másodlagos tekercsel rendelkezik, amely kiemelt földes neutrális terminált biztosít. Ez a konfiguráció lehetővé teszi a másodlagos elosztási rendszer háromfázis-négyvezetékes beállítását.
A másodlagos elosztási hálózat elrendezése az alábbi ábrán látható, amely bemutatja, hogyan alkalmazzák a feszültséget a végfelhasználói alkalmazásokhoz.
DC elosztási rendszer
Bár a legtöbb áramrendszer terhelése AC-alapú, bizonyos alkalmazások DC áramot igényelnek, ami a DC elosztási rendszer használatát teszi szükségessé. Ilyen esetekben a generált AC áramot rektifikátorok vagy forgatós konverterek segítségével DC-vé alakítják. A DC áram kulcsfontosságú alkalmazásai a járműmozgási rendszerek, DC motorok, akkumulátor tölthetősége és elektroplaszma.
A DC elosztási rendszer vezetékbeállítása szerint osztható:
Kétvezetékes DC elosztási rendszer
Ez a rendszer két vezetéket használ: egy pozitív potenciálú (életvezető) és egy negatív vagy zéró potenciálú. A terhelések (mint például lámpák vagy motorok) párhuzamosan kapcsolódnak a két vezeték között, alkalmas kétterminális berendezések számára. A rendszer sémája az alábbi ábrán látható.
Háromvezetékes DC elosztási rendszer
Háromvezetékes DC elosztási rendszer
Ez a rendszer három vezetéket használ: két életvezetőt és egy neutrális vezetéket, amely két feszültségi szintet biztosít. Tegyük fel, hogy az életvezetők +V és -V feszültségen vannak, a neutrális pedig zéró potenciálú. Egy terhelés csatlakoztatása egy életvezető és a neutrális között V feszültséget ad, míg mindkét életvezető közötti csatlakoztatás 2V feszültséget eredményez.
Ez a konfiguráció lehetővé teszi, hogy a magasfeszültségű terhelések az életvezetők között kapcsolódjanak, míg a csekélyfeszültségű terhelések egy életvezető és a neutrális között. A háromvezetékes DC elosztási rendszer kapcsolódási diagramja az alábbi ábrán látható.
Elosztási rendszer osztályozása kapcsolódási módszer szerint
Az elosztási rendszert három típusba oszthatjuk a kapcsolódási módszer alapján:
Radialis rendszer
A radialis rendszerben külön áramszolgáltató vezetékek szolgálnak áramot egy alakomról a másikra, unidirigálisan a vezetőből a disztribútornak. Ez a tervezés egyszerű és könnyen implementálható, kevesebb kezdeti befektetést igényel, mint a többi rendszer.
Ugyanakkor megbízhatósága jelentősen korlátozott: egy vezetőben bekövetkező hiba teljesen leállíthatja a szolgáltatott rendszert. A feszültség regulációja is rosszabb a vezetőktől távoli felhasználók számára, mivel a terhelésfluktuációk okozzák a feszültségvariációkat. Ezért a radialis rendszereket csak rövid távolságú elosztáshoz használják a vezetőkhöz közeli terhelések esetén. A radialis rendszer egyvonalszerű diagramja az alábbi ábrán látható.
Gyűrű rendszer
A gyűrű rendszerben a disztribúciós transzformátorok zárt hurokban vannak összekapcsolva, egy alakomból szolgáltatva. Ez a tervezés minden transzformátor számára két különböző utat biztosít az alakom felé, javítva a redundanciát és a megbízhatóságot. A gyűrű rendszer egyvonalszerű diagramja az alábbi ábrán látható.
Ez a konfiguráció két párhuzamosan kapcsolódó vezetőre hasonlítható. Például, ha hiba lép fel a B és C pontok között, a B és C közötti szakasz elkülönül a rendszertől, és az alakom kétféle alternatív úton tud szolgáltatni.
Ez a tervezés javítja a rendszer megbízhatóságát, csökkenti a fogyasztói végén a feszültségfluktuációkat, és biztosítja, hogy minden hurokszakasz alacsonyabb áramot viseljen—ezáltal kevesebb vezetőanyagot igényel, mint a radialis rendszer.
Összekapcsolt elosztási rendszer
Az összekapcsolt elosztási rendszer több alakomból származó hurokot használ, így "rács elosztási rendszer" néven is ismert. Az összekapcsolt elosztási rendszer egyvonalszerű diagramja az alábbi ábrán látható.
Ahogy az a fenti diagramon látható, az ABCDEFGHA hurok két alakomból, az A és E pontokon szolgáltat. Ez a konfiguráció jelentősen javítja a rendszer megbízhatóságát, a gyűrű és radialis rendszerekhez képest.
Bár az összekapcsolt rendszer jobb minőségű és hatékonyabb energiát szolgáltat, még csökkentve a tartalékenergia szükségletét, a tervezése összetett, és magasabb kezdeti befektetést igényel, mivel több alakom szükséges.
Elosztási rendszerek osztályozása építési típus szerint
Alacsonyabb építményes elosztási rendszer
Ahogy a neve is mutatja, ebben a rendszerben a vezetékeket az utcák vagy járdák alatt helyezik el. Bár biztonságosabb, mint a felsőbb építményes rendszerek, magasabb kezdeti költségekkel jár, mivel lyukást, csővezetéket, csuklót és specializált kábeleket igényel. Az alacsonyabb építményes vezetékek kevésbé hajlamosak hibákra, és vizuális előnyökkel is bírnak (nélkülözhetőség), de a hiba detektálása és javítása nehézségekkel jár. Élettartama 50 év felett van.
Felsőbb építményes elosztási rendszer
Ebben a hagyományos beállításban a vezetékeket fa, beton vagy acél oszlopokra helyezik. Habár hibákra és biztonsági kockázatokra hajlamosabb, mint az alacsonyabb építményes rendszerek, alacsonyabb kezdeti költségekkel és nagyobb rugalmassággal rendelkezik a terhelés kiterjesztésére. A levegő a hőszigetelő médium, ami speciális kábelek nélkül is magas áramviselő képességet biztosít. A telepítés, a hiba detektálása és javítása egyszerű, ami alacsony karbantartási költségeket eredményez—bár zavarhat a kommunikációs rendszereket. Hasznos élettartama 25 év felett van.
