전기 배전 네트워크 시스템의 분류
전형적인 전력 시스템 네트워크는 세 가지 주요 구성 요소로 분류됩니다: 발전, 송전, 그리고 배전. 전력은 종종 부하 중심에서 멀리 떨어진 발전소에서 생산됩니다. 따라서 송전선이 장거리에 걸쳐 전력을 전송하는 데 사용됩니다.
송전 손실을 최소화하기 위해 고압 전력이 송전선에서 사용되며, 부하 중심에서 전압이 낮아집니다. 그 후 배전 시스템이 이러한 전력을 최종 사용자에게 전달합니다.
전력 배전 시스템의 유형
배전 시스템은 여러 기준에 따라 분류될 수 있습니다:
공급의 성질에 따른 분류
전력은 두 가지 형태로 존재합니다: 교류와 직류. 배전 시스템은 이러한 유형에 맞춰져 있습니다. 교류 배전 시스템은 전압 수준에 따라 더 나누어집니다:
일차 배전 시스템의 전형적인 레이아웃은 아래에 표시되어 있으며, 최종 전압 변환 전에 고전압 전력 전달의 역할을 보여줍니다.
이차 배전 시스템은 이용 전압 수준에서 전력을 공급합니다. 일차 배전 시스템이 끝나는 지점부터 시작되며, 일반적으로 11 kV를 415 V로 변환하는 변압기에서 시작하여 소규모 소비자에게 직접 배전합니다.
이 단계의 대부분의 변압기는 삼상 사선 구성을 사용하며, 일차 권선은 델타 연결되고, 이차 권선은 별 연결되어 접지된 중성 단자를 제공합니다. 이러한 구성은 이차 배전 시스템이 삼상 사선 구성을 사용할 수 있게 합니다.
이차 배전 네트워크의 레이아웃은 아래에 표시되어 있으며, 어떻게 전압이 최종 사용자 응용 프로그램에 맞게 조정되는지를 보여줍니다.
직류 배전 시스템
대부분의 전력 시스템 부하가 교류 기반인 반면, 특정 응용 분야에서는 직류 전력이 필요하므로 직류 배전 시스템이 필요합니다. 이러한 경우 생성된 교류 전력은 정류기 또는 회전 변환기를 통해 직류로 변환됩니다. 직류 전력의 주요 응용 분야로는 견인 시스템, 직류 모터, 배터리 충전, 전해도금 등이 있습니다.
직류 배전 시스템은 배선 구성을 기준으로 분류됩니다:
두 선식 직류 배전 시스템
이 시스템은 양극성 전위(라이브 와이어)와 음극성 또는 영 전위를 가진 두 개의 와이어를 사용합니다. 부하(램프 또는 모터 등)는 두 와이어 사이에 병렬로 연결되며, 두 단자 구성을 가진 장치에 적합합니다. 이 구성의 도표는 아래에 표시되어 있습니다.
세 선식 직류 배전 시스템
세 선식 직류 배전 시스템
이 시스템은 두 개의 라이브 와이어와 하나의 중성 와이어를 사용하며, 두 개의 전압 수준을 제공하는 것이 주요 장점입니다. 예를 들어, 라이브 와이어가 +V와 -V이며, 중성이 영 전위라고 가정하면, 한 라이브 와이어와 중성 사이에 부하를 연결하면 V 볼트가 되고, 두 라이브 와이어 사이에 연결하면 2V 볼트가 됩니다.
이 구성은 고전압 부하가 라이브 와이어 사이에 연결되고, 저전압 부하가 라이브 와이어와 중성 사이에 연결되는 것을 가능하게 합니다. 세 선식 직류 배전 시스템의 연결 도표는 아래에 표시되어 있습니다.
연결 방법에 따른 배전 시스템 분류
배전 시스템은 연결 방법에 따라 세 가지 유형으로 분류됩니다:
방사형 시스템
방사형 시스템에서는 각 지역으로 전력을 공급하기 위해 별도의 피더가 사용되며, 피더에서 디스트리뷰터로 전력이 일방향으로 흐릅니다. 이 설계는 간단하고 구현하기 쉬우며, 다른 시스템보다 초기 투자가 적게 필요합니다.
그러나 신뢰성은 크게 제한적입니다: 한 피더의 고장으로 인해 해당 피더가 서비스하는 전체 시스템이 중단될 수 있습니다. 또한 피더에서 멀리 떨어진 소비자의 전압 조정도 어려워짐으로써 부하 변동이 전압 변동을 더욱 크게 만듭니다. 이러한 이유로 방사형 시스템은 일반적으로 피더 근처에 위치한 부하에 대한 짧은 거리 배전에만 사용됩니다. 방사형 시스템의 단선도는 아래에 표시되어 있습니다.
링 메인 시스템
링 메인 시스템에서는 분배 변압기가 폐쇄 루프 구성을 사용하여 서브스테이션에서 한쪽 끝에서 공급받습니다. 이 설계는 각 변압기가 서브스테이션으로 가는 두 개의 독립된 경로를 가지도록 하여 중복성과 신뢰성을 향상시킵니다. 링 메인 시스템의 단선도는 아래에 표시되어 있습니다.
이 구성은 두 개의 병렬 연결 피더와 유사합니다. 예를 들어, B와 C 사이에 고장이 발생하면 B와 C 사이의 구간이 시스템에서 격리되고, 서브스테이션은 두 개의 대체 경로를 통해 전력을 공급할 수 있습니다.
이 설계는 시스템의 신뢰성을 향상시키고 소비자 끝에서의 전압 변동을 줄이며, 각 루프 구간이 더 낮은 전류를 운반하도록 함으로써 방사형 시스템보다 적은 도체 재료가 필요합니다.
상호 연결 배전 시스템
상호 연결 배전 시스템은 여러 서브스테이션에서 서로 다른 지점에서 공급받는 루프를 특징으로 하며, 이를 "그리드 배전 시스템"이라고도 합니다. 이 시스템의 단선도는 아래에 표시되어 있습니다.
위 도표에서 보듯이 ABCDEFGHA 루프는 A와 E 지점에서 두 개의 서브스테이션에서 공급받습니다. 이 구성은 링 메인 시스템과 방사형 시스템보다 시스템의 신뢰성을 크게 향상시킵니다.
상호 연결 시스템은 우수한 전력 품질과 효율성을 자랑하며, 심지어 예비 전력 용량까지 감소시킵니다. 그러나 설계는 복잡하며, 여러 서브스테이션이 필요하기 때문에 초기 투자가 높습니다.
구조 유형에 따른 배전 시스템 분류
지중 배전 시스템
이름에서 알 수 있듯이 이 시스템은 도로나 인도 아래에 도체를 설치합니다. 지상 시스템보다 안전하지만, 트렌칭, 콘덕트, 맨홀, 특수 케이블 등으로 인해 초기 비용이 높습니다. 지중 케이블은 고장이 적고 미관상의 이점(보이지 않음)이 있지만, 고장 감지와 수리가 어렵습니다. 수명은 50년 이상입니다.
지상 배전 시스템
이 전통적인 설정에서는 도체가 목재, 콘크리트, 또는 철강 기둥 위에 설치됩니다. 지중 시스템보다 고장과 안전 위험이 더 많지만, 초기 비용이 낮고 부하 확장을 위한 유연성이 높습니다. 공기가 절연 매체로서 특수 케이블이 필요 없으며, 더 높은 전류 용량을 갖습니다. 설치, 고장 위치 확인, 수리는 간단하며 유지 관리 비용이 낮습니다. 그러나 통신 시스템에 방해될 수 있습니다. 유용한 수명은 25년 이상입니다.
