Classificazione dei sistemi di rete di distribuzione elettrica
Il tipico sistema di rete elettrica è suddiviso in tre componenti principali: generazione, trasmissione e distribuzione. L'energia elettrica viene prodotta nelle centrali elettriche, che spesso si trovano lontane dai centri di carico. Di conseguenza, le linee di trasmissione vengono utilizzate per trasportare l'energia su lunghe distanze.
Per minimizzare le perdite di trasmissione, nella linea di trasmissione viene utilizzata energia ad alta tensione, e la tensione viene ridotta al centro di carico. Il sistema di distribuzione quindi fornisce questa energia agli utenti finali.
Tipi di Sistemi di Distribuzione dell'Energia Elettrica
Il sistema di distribuzione può essere classificato in base a diversi criteri:
Classificazione per Natura della Fornitura
L'energia elettrica esiste in due forme: CA e CC. Il sistema di distribuzione si allinea con questi tipi. Il sistema di distribuzione CA è ulteriormente suddiviso in base al livello di tensione:
La disposizione tipica del sistema di distribuzione primario è illustrata di seguito, evidenziando il suo ruolo nella fornitura di energia ad alta tensione prima della conversione finale della tensione.
Il sistema di distribuzione secondario fornisce energia al livello di tensione di utilizzo. Inizia dove finisce il sistema di distribuzione primario, solitamente a un trasformatore che riduce 11 kV a 415 V per la distribuzione diretta ai piccoli consumatori.
La maggior parte dei trasformatori in questa fase presenta un avvolgimento primario a connessione triangolare e un avvolgimento secondario a connessione stellata, che fornisce un terminale neutro a terra. Questa configurazione consente al sistema di distribuzione secondario di utilizzare una configurazione trifase a quattro fili.
La disposizione di una rete di distribuzione secondaria è illustrata di seguito, dimostrando come la tensione viene adattata per le applicazioni finali.
Sistema di Distribuzione CC
Sebbene la maggior parte dei carichi del sistema di potenza sia basata su CA, alcune applicazioni richiedono energia CC, necessitando l'utilizzo di un sistema di distribuzione CC. In tali casi, l'energia CA generata viene convertita in CC tramite rettificatori o convertitori rotativi. Le applicazioni chiave per l'energia CC includono sistemi di trazione, motori CC, ricarica di batterie e galvanoplastica.
Il sistema di distribuzione CC è categorizzato in base alla configurazione di cablaggio:
Sistema di Distribuzione CC a Due Filo
Questo sistema utilizza due fili: uno a potenziale positivo (filo vivo) e l'altro a potenziale negativo o zero. I carichi (come lampade o motori) sono collegati in parallelo tra i due fili, adatto per dispositivi con configurazioni a due terminali. Uno schema di questo setup è mostrato di seguito.
Sistema di Distribuzione CC a Tre Filo
Sistema di Distribuzione CC a Tre Filo
Questo sistema utilizza tre fili: due fili vivi e un filo neutro, offrendo il vantaggio chiave di fornire due livelli di tensione. Supponiamo che i fili vivi siano a +V e -V, con il neutro a potenziale zero. Collegando un carico tra un filo vivo e il neutro si ottengono V volt, mentre collegandolo tra i due fili vivi si ottengono 2V volt.
Questa configurazione permette ai carichi ad alta tensione di collegarsi tra i fili vivi e ai carichi a bassa tensione di collegarsi tra un filo vivo e il neutro. Il diagramma di connessione per un sistema di distribuzione CC a tre fili è illustrato di seguito.
Classificazione del Sistema di Distribuzione in base al Metodo di Connessione
Il sistema di distribuzione è categorizzato in tre tipi in base alla metodologia di connessione:
Sistema Radiale
In un sistema radiale, alimentatori separati forniscono energia da una sottostazione a ciascuna area, con l'energia che fluisce unidirezionalmente dall'alimentatore al distributore. Questa progettazione è semplice e facile da implementare, richiedendo un investimento iniziale inferiore rispetto ad altri sistemi.
Tuttavia, la sua affidabilità è significativamente limitata: un guasto in un alimentatore può interrompere l'intero sistema che serve. La regolazione della tensione soffre anche per i consumatori lontani dall'alimentatore, poiché le fluttuazioni del carico causano variazioni di tensione più pronunciate. Per questi motivi, i sistemi radiali sono tipicamente utilizzati solo per la distribuzione a breve distanza a carichi situati vicino all'alimentatore. Un diagramma a linea singola del sistema radiale è mostrato di seguito.
Sistema Anellare Principale
In un sistema anellare principale, i trasformatori di distribuzione sono connessi in una configurazione a loop chiuso, alimentati da una sottostazione da un'estremità. Questa progettazione assicura che ogni trasformatore abbia due percorsi distinti verso la sottostazione, migliorando la ridondanza e l'affidabilità. Un diagramma a linea singola del sistema anellare principale è illustrato di seguito.
Questa configurazione può essere paragonata a due alimentatori in parallelo. Ad esempio, se si verifica un guasto tra i punti B e C, il segmento tra B e C sarà isolato dal sistema, e la sottostazione potrà fornire energia attraverso due percorsi alternativi.
Questa progettazione migliora l'affidabilità del sistema, riduce le fluttuazioni di tensione all'utente finale e assicura che ogni segmento del loop porti una corrente inferiore, richiedendo quindi meno materiale conduttore rispetto al sistema radiale.
Sistema di Distribuzione Interconnesso
Il sistema di distribuzione interconnesso presenta un loop alimentato da multiple sottostazioni in punti diversi, guadagnandosi il nome di "sistema di distribuzione a griglia". Un diagramma a linea singola di questo sistema è illustrato di seguito.
Come mostrato nel diagramma sopra, il loop ABCDEFGHA è alimentato da due sottostazioni nei punti A ed E. Questa configurazione migliora significativamente l'affidabilità del sistema rispetto ai sistemi anellari e radiali.
Anche se il sistema interconnesso offre qualità e efficienza dell'energia superiori, riducendo anche la capacità di riserva, la sua progettazione è complessa e richiede un investimento iniziale superiore a causa della necessità di multiple sottostazioni.
Classificazione dei Sistemi di Distribuzione in base al Tipo di Costruzione
Sistema di Distribuzione Sotterraneo
Come suggerito dal nome, questo sistema posiziona i conduttori sotto strade o marciapiedi. Sebbene più sicuro dei sistemi aerei, comporta costi iniziali elevati a causa dello scavo, delle canalizzazioni, dei pozzi e dei cavi specializzati. I cavi sotterranei sono meno soggetti a guasti e offrono benefici estetici (invisibilità), ma la localizzazione e la riparazione dei guasti sono difficili. La loro durata supera i 50 anni.
Sistema di Distribuzione Aereo
I conduttori sono montati su pali di legno, cemento o acciaio in questa configurazione tradizionale. Sebbene più soggetti a guasti e pericoli di sicurezza rispetto ai sistemi sotterranei, hanno costi iniziali inferiori e maggiore flessibilità per l'espansione del carico. L'aria funge da mezzo di isolamento, eliminando la necessità di cavi speciali e permettendo una capacità di corrente superiore. L'installazione, la localizzazione dei guasti e la riparazione sono semplici, mantenendo bassi i costi di manutenzione, sebbene possano interferire con i sistemi di comunicazione. La loro vita utile supera i 25 anni.
