電力配電網システムの分類
一般的電力システムネットワークは、発電、送電、配電の3つの主要な構成要素に分類されます。電力は多くの場合、負荷中心地から遠くにある発電所で生成されます。そのため、送電線が長距離にわたって電力を送る役割を果たします。
送電損失を最小限に抑えるため、送電線では高電圧を使用し、負荷中心地で電圧を下げます。その後、配電システムがこの電力を最終利用者に供給します。
電力配電システムの種類
配電システムは、いくつかの基準に基づいて分類することができます：
供給の性質による分類
電力は交流と直流の2種類があります。配電システムはこれらの種類に対応しています。交流配電システムはさらに電圧レベルによって分けられます：
一次配電システムの典型的なレイアウトは以下の通りです。これは高電圧の電力供給における役割を示しています。
二次配電システムは、利用電圧レベルで電力を供給します。これは一次配電システムが終わるところ、通常は11 kVを415 Vにステップダウンする変圧器から始まり、小規模消費者への直接配電を行います。
この段階の大部分の変圧器は、デルタ接続の一次巻線とスターネット接続の二次巻線を特徴としており、接地された中性点を提供します。これにより、二次配電システムは三相四線式の設定を使用できます。
二次配電ネットワークのレイアウトは以下の通りです。これは、電圧が最終利用者向けにどのように調整されるかを示しています。
直流配電システム
ほとんどの電力システム負荷は交流ベースですが、特定の用途では直流電力を必要とするため、直流配電システムを使用します。このような場合、生成された交流電力は整流器または回転変換器を介して直流に変換されます。直流電力の主要な用途には、牽引システム、直流モーター、バッテリー充電、電気めっきがあります。
直流配電システムは、配線構成によって分類されます：
二線式直流配電システム
このシステムは、正極ポテンシャル（ライブワイヤ）と負極またはゼロポテンシャルの2本のワイヤを使用します。負荷（ランプやモーターなど）は2つのワイヤ間に並列に接続され、2端子構成のデバイスに適しています。このセットアップの図は以下の通りです。
三線式直流配電システム
三線式直流配電システム
このシステムは、2本のライブワイヤと1本の中性ワイヤを使用します。主な利点は2つの電圧レベルを提供することです。例えば、ライブワイヤが+Vと-V、中性点がゼロポテンシャルの場合、1つのライブワイヤと中性点を接続するとVボルト、両方のライブワイヤを接続すると2Vボルトとなります。
この構成により、高電圧負荷はライブワイヤ間で接続し、低電圧負荷はライブワイヤと中性点間に接続できます。三線式直流配電システムの接続図は以下の通りです。
接続方法による配電システムの分類
配電システムは、接続方法に基づいて3つのタイプに分類されます：
放射状システム
放射状システムでは、個別のフィーダーが変電所から各エリアに電力を供給し、フィーダーからディストリビュータへ一方向に電力が流れます。この設計は単純で実装が容易であり、他のシステムと比較して初期投資が少ないです。
しかし、信頼性は非常に制限されています：1つのフィーダーの障害でその供給するシステム全体が停止する可能性があります。また、フィーダーから遠い消費者の電圧調整も困難で、負荷の変動により電圧変動が顕著になります。これらの理由から、放射状システムは通常、フィーダーに近い負荷への短距離配電にのみ使用されます。放射状システムの単線図は以下の通りです。
リングメインシステム
リングメインシステムでは、配電変圧器が閉ループ構成で接続され、変電所から一方に供給されます。この設計により、各変圧器は変電所への2つの異なる経路を持ち、冗長性と信頼性が向上します。リングメインシステムの単線図は以下の通りです。
この構成は、2つの並列接続されたフィーダーに似ています。例えば、BとCの間で障害が発生した場合、BとCの間のセグメントはシステムから切り離され、変電所は2つの代替ルートを通じて電力を供給できます。
この設計により、システムの信頼性が向上し、消費者側での電圧変動が減少し、各ループセグメントがより少ない電流を流すため、放射状システムと比較して導体材料の量が少なくて済みます。
相互接続配電システム
相互接続配電システムは、複数の変電所から異なるポイントで供給されるループを特徴としており、「グリッド配電システム」とも呼ばれます。このシステムの単線図は以下の通りです。
上記の図に示すように、ループABCDEF
