Classificatie van elektriciteitsdistributienetwerksystemen
Het typische elektriciteitsnetwerk wordt ingedeeld in drie hoofdcomponenten: opwekking, transmissie en distributie. Elektrische energie wordt geproduceerd in elektriciteitscentrales, die vaak ver van de belastingscentra gelegen zijn. Daarom worden transmissielijnen gebruikt om energie over grote afstanden te transporteren.
Om transmissieverliezen tot een minimum te beperken, wordt hoge spanning gebruikt in transmissielijnen, en de spanning wordt verlaagd bij het belastingscentrum. Het distributiesysteem levert vervolgens deze energie aan eindgebruikers.
Soorten elektrische energiedistributiesystemen
Het distributiesysteem kan worden ingedeeld op basis van verschillende criteria:
Indeling naar aard van de levering
Elektrische energie bestaat in twee vormen: AC en DC. Het distributiesysteem komt overeen met deze types. Het AC-distributiesysteem is verder onderverdeeld op basis van het spanningniveau:
De typische indeling van het primaire distributiesysteem wordt hieronder getoond, waarin de rol van het systeem in de levering van hoge spanning voordat de finale spanning wordt omgezet, wordt weergegeven.
Het secundaire distributiesysteem levert stroom op het gebruiksspanningsniveau. Het begint waar het primaire distributiesysteem eindigt, meestal bij een transformatie die 11 kV verlaagt naar 415 V voor directe distributie aan kleine afnemers.
De meeste transformatoren in deze fase hebben een delta-verbonden primaire winding en een ster-verbonden secundaire winding, wat een aangesloten neutrale terminal oplevert. Deze configuratie stelt het secundaire distributiesysteem in staat om een driedriefase vierdraadsetup te gebruiken.
De indeling van een secundair distributienetwerk wordt hieronder getoond, waarin wordt gedemonstreerd hoe de spanning wordt aangepast voor eindgebruikers.
DC-distributiesysteem
Hoewel de meeste belastingen in het elektriciteitsnetwerk gebaseerd zijn op AC, vereisen bepaalde toepassingen DC-stroom, waardoor een DC-distributiesysteem nodig is. In dergelijke gevallen wordt gegenereerde AC-stroom omgezet in DC via rechters of rotatieconverteerders. Belangrijke toepassingen voor DC-stroom zijn tractiesystemen, DC-motoren, batterijoplading en elektrolyse.
Het DC-distributiesysteem wordt ingedeeld op basis van de bedradingconfiguratie:
Tweedradig DC-distributiesysteem
Dit systeem maakt gebruik van twee draden: één met positieve potentiaal (levend draad) en de andere met negatieve of nul potentiaal. Lasten (zoals lampen of motoren) zijn parallel verbonden tussen de twee draden, geschikt voor apparaten met twee-terminal configuraties. Een schema van deze setup is hieronder getoond.
Driedradig DC-distributiesysteem
Driedradig DC-distributiesysteem
Dit systeem maakt gebruik van drie draden: twee levende draden en één neutrale draad, met als belangrijk voordeel dat er twee spanningniveaus worden aangeboden. Stel dat de levende draden +V en -V zijn, met de neutrale draad op nul potentiaal. Door een last te verbinden tussen één levende draad en de neutrale draad krijg je V volt, terwijl het verbinden over beide levende draden 2V volt oplevert.
Deze configuratie stelt hoogspanningslasten in staat om verbinding te maken over de levende draden en laagspanningslasten om verbinding te maken tussen een levende draad en de neutrale draad. Het verbindingsdiagram voor een driedradig DC-distributiesysteem wordt hieronder getoond.
Classificatie van distributiesystemen op basis van verbindingsmethode
Het distributiesysteem wordt ingedeeld in drie types op basis van de verbindingsmethode:
Radiaal systeem
In een radiaal systeem leveren aparte feeders stroom van een substation naar elk gebied, met stroom die unidirectioneel stroomt van feeder naar distributor. Dit ontwerp is eenvoudig en gemakkelijk uit te voeren, met een lagere initiële investering ten opzichte van andere systemen.
Echter, de betrouwbaarheid is significant beperkt: een storing in één feeder kan het hele systeem dat hij bedient uitschakelen. Spanningsregeling lijdt ook voor consumenten ver van de feeder, omdat belastingsfluctuaties meer uitgesproken spanningsvariaties veroorzaken. Om deze redenen worden radiale systemen doorgaans alleen gebruikt voor kortere afstandsdistributie naar belastingen in de buurt van de feeder. Een single-line diagram van het radiale systeem wordt hieronder getoond.
Ringhoofdsysteem
In een ringhoofdsysteem zijn distributietransformatoren in een gesloten lus geconfigureerd, gevoed door een substation vanaf één kant. Dit ontwerp zorgt ervoor dat elke transformatie twee onderscheiden paden naar het substation heeft, wat redundantie en betrouwbaarheid verhoogt. Een single-line diagram van het ringhoofdsysteem wordt hieronder getoond.
Deze configuratie kan worden vergeleken met twee parallel verbonden feeders. Bijvoorbeeld, als er een storing optreedt tussen punten B en C, wordt het segment tussen B en C van het systeem geïsoleerd, en kan het substation stroom leveren via twee alternatieve routes.
Dit ontwerp verhoogt de betrouwbaarheid van het systeem, reduceert spanningsfluctuaties aan de consumentenkant en zorgt ervoor dat elk lussegment een lagere stroom draagt – waardoor minder geleidermateriaal nodig is in vergelijking met het radiale systeem.
Interconnectiesysteem
Het interconnectiesysteem heeft een lus die wordt gevoed door meerdere substations op verschillende punten, waardoor het de naam "grid distributiesysteem" krijgt. Een single-line diagram van dit systeem wordt hieronder getoond.
Zoals in het bovenstaande diagram wordt getoond, wordt de lus ABCDEFGHA gevoed door twee substations op punten A en E. Deze configuratie verhoogt de betrouwbaarheid van het systeem aanzienlijk ten opzichte van zowel ringhoofd- als radiale systemen.
Terwijl het interconnectiesysteem superieure stroomkwaliteit en efficiëntie biedt – zelfs reservecapaciteit verminderend – is het ontwerp complex en vereist een hogere initiële investering vanwege de noodzaak van meerdere substations.
Classificatie van distributiesystemen op basis van bouwtype
Ondergronds distributiesysteem
Zoals de naam al aangeeft, plaats dit systeem geleiders onder straten of trottoirs. Hoewel veiliger dan bovengrondse systemen, brengt het hoge initiële kosten mee vanwege graven, buizen, putten en gespecialiseerde kabels. Ondergrondse kabels zijn minder geneigd tot storingen en bieden esthetische voordelen (onzichtbaar), maar het detecteren en herstellen van storingen is moeilijk. Hun levensduur is meer dan 50 jaar.
Bovengronds distributiesysteem
Geleiders worden in dit conventionele systeem gemonteerd op houten, betonnen of staalconstructies. Hoewel ze kwetsbaarder zijn voor storingen en veiligheidsrisico's dan ondergrondse systemen, hebben ze lagere initiële kosten en grotere flexibiliteit voor belastingsuitbreiding. Lucht dient als isolatiemedium, waardoor geen speciale kabels nodig zijn en een hogere stroomdraagkracht mogelijk is. Installatie, storinglocatie en reparatie zijn eenvoudig, waardoor onderhoudskosten laag blijven – hoewel het wel kan interfereren met communicatiesystemen. De nuttige levensduur is meer dan 25 jaar.
