Klasyfikacja systemów sieci dystrybucyjnej energii elektrycznej
Typowy system elektroenergetyczny jest podzielony na trzy główne komponenty: generacja, transmisja i dystrybucja. Energia elektryczna jest produkowana w elektrowniach, które często znajduje się daleko od centrów obciążeń. W związku z tym do przesyłania energii na duże odległości wykorzystuje się linie transmisyjne.
Aby zminimalizować straty w transmisji, w liniach transmisyjnych stosuje się wysokie napięcia, a następnie napięcie jest obniżane w centrum obciążeń. System dystrybucji dostarcza tę energię końcowym użytkownikom.
Rodzaje systemów dystrybucji energii elektrycznej
System dystrybucji można klasyfikować według kilku kryteriów:
Klasyfikacja według charakteru zasilania
Energia elektryczna występuje w dwóch formach: prąd przemienny i prąd stały. System dystrybucji dostosowuje się do tych typów. System dystrybucji prądu przemiennego jest dalej podzielony według poziomu napięcia:
Typowy układ podstawowego systemu dystrybucji przedstawiony jest poniżej, pokazując jego rolę w dostarczaniu energii o wysokim napięciu przed ostateczną konwersją napięcia.
Poboczny system dystrybucji dostarcza energię na poziomie napięcia użytkowania. Zaczyna tam, gdzie kończy się podstawowy system dystrybucji—typowo w transformatorze, który obniża 11 kV do 415 V, umożliwiając bezpośrednią dystrybucję do małych konsumentów.
Większość transformatorów na tym etapie ma pierwotne zwinięcie połączone w trójkąt i wtórne zwinięcie połączone w gwiazdę, co zapewnia uziemiony punkt neutralny. Ta konfiguracja umożliwia poboczny system dystrybucji korzystanie z czteroprzewodowej konfiguracji trójfazowej.
Układ pobocznego systemu dystrybucji przedstawiony jest poniżej, pokazując, jak napięcie jest dostosowywane do aplikacji końcowych użytkowników.
System dystrybucji prądu stałego
Choć większość obciążeń systemów energetycznych opiera się na prądzie przemiennym, niektóre zastosowania wymagają prądu stałego, co stwarza potrzebę stosowania systemu dystrybucji prądu stałego. W takich przypadkach wytworzony prąd przemienny jest przekształcany na stały za pomocą prostowników lub konwerterów rotacyjnych. Kluczowe zastosowania prądu stałego obejmują systemy napędowe, silniki prądu stałego, ładowanie baterii i elektrolityczne pokrywanie metaliczne.
System dystrybucji prądu stałego jest klasyfikowany według konfiguracji kablowej:
Dwuprzewodowy system dystrybucji prądu stałego
Ten system używa dwóch przewodów: jeden o dodatnim potencjale (przewód żywotny) i drugi o ujemnym lub zerowym potencjale. Obciążenia (takie jak lampy lub silniki) są połączone równolegle między dwoma przewodami, co jest odpowiednie dla urządzeń z konfiguracją dwuterminalową. Schemat tego układu przedstawiony jest poniżej.
Trzyprowodowy system dystrybucji prądu stałego
Trzyprowodowy system dystrybucji prądu stałego
Ten system używa trzech przewodów: dwóch żywotnych i jednego neutralnego, oferując kluczową zaletę dostarczania dwóch poziomów napięcia. Jeśli przewody żywotne są na +V i -V, a neutralny na zero, połączenie obciążenia między jednym przewodem żywotnym a neutralnym daje V volt, podczas gdy połączenie między oboma przewodami żywotnymi daje 2V volty.
Ta konfiguracja pozwala obciążeniom o wysokim napięciu łączyć się między przewodami żywotnymi, a obciążeniom o niskim napięciu łączyć się między przewodem żywotnym a neutralnym. Diagram połączeń dla trzyprowodowego systemu dystrybucji prądu stałego przedstawiony jest poniżej.
Klasyfikacja systemów dystrybucji według metody połączenia
System dystrybucji jest klasyfikowany na trzy typy według metody połączenia:
System promieniowy
W systemie promieniowym oddzielne pasy rozdzielcze dostarczają energię z podstacji do każdego obszaru, z energią płynącą jednokierunkowo od pasa do dystrybutora. Ten projekt jest prosty i łatwy do wdrożenia, wymagając niższych początkowych inwestycji w porównaniu do innych systemów.
Jednak niezawodność jest znacznie ograniczona: awaria jednego pasa może wyłączyć cały system, który obsługuje. Regulacja napięcia również cierpi dla konsumentów daleko od pasa, ponieważ fluktuacje obciążenia powodują bardziej widoczne wahania napięcia. Dlatego systemy promieniowe są zwykle stosowane tylko do krótkodystansowej dystrybucji do obciążeń położonych blisko pasa. Jednolinijkowy diagram systemu promieniowego przedstawiony jest poniżej.
System pierścieniowy
W systemie pierścieniowym transformatory dystrybucyjne są połączone w zamkniętą pętlę, zasila je podstacja z jednego końca. Ten projekt zapewnia, że każdy transformator ma dwa różne ścieżki do podstacji, zwiększając redundancję i niezawodność. Jednolinijkowy diagram systemu pierścieniowego przedstawiony jest poniżej.
Ten układ można porównać do dwóch równolegle połączonych pasów. Na przykład, jeśli wystąpi uszkodzenie między punktami B i C, segment między B a C zostanie odseparowany od systemu, a podstacja może dostarczyć energię przez dwie alternatywne ścieżki.
Ten projekt zwiększa niezawodność systemu, zmniejsza wahania napięcia na końcu konsumenta i zapewnia, że każdy segment pętli niesie mniejszą prąd—co wymaga mniej materiału przewodnika w porównaniu z systemem promieniowym.
Zespolony system dystrybucji
Zespolony system dystrybucji charakteryzuje się pętlą zasilaną przez wiele podstacji w różnych punktach, dlatego nazywany jest "systemem dystrybucji siatki". Jednolinijkowy diagram tego systemu przedstawiony jest poniżej.
Jak pokazano na diagramie powyżej, pętla ABCDEFGHA jest zasilana przez dwie podstacje w punktach A i E. Ta konfiguracja znacznie zwiększa niezawodność systemu w porównaniu z systemami pierścieniowym i promieniowym.
Chociaż zespolony system cechuje się lepszą jakością i efektywnością energii—nawet redukując zdolność rezerwową—jego projekt jest złożony i wymaga wyższych początkowych inwestycji ze względu na potrzebę wielu podstacji.
Klasyfikacja systemów dystrybucji według typu konstrukcji
Podziemny system dystrybucji
Jak nazwa wskazuje, ten system umieszcza przewody pod ulicami lub chodnikami. Choć jest bezpieczniejszy niż systemy nadziemne, wiąże się z wysokimi początkowymi kosztami z powodu kopania rowów, rurociągów, otworów inspekcyjnych i specjalistycznych kabełów. Kabele podziemne są mniej podatne na uszkodzenia i mają estetyczne korzyści (niewidzialność), ale detekcja i naprawa uszkodzeń jest trudna. Ich czas życia przekracza 50 lat.
Nadziemny system dystrybucji
Przewody są montowane na drewnianych, betonowych lub stalowych słupach w tej tradycyjnej konfiguracji. Chociaż jest bardziej podatny na uszkodzenia i zagrożenia bezpieczeństwa niż systemy podziemne, ma niższe początkowe koszty i większą elastyczność w zakresie rozbudowy obciążenia. Powietrze służy jako izolacja, eliminując potrzebę specjalnych kabełów i umożliwiając większą zdolność nośną prądu. Instalacja, lokalizacja uszkodzeń i naprawa są proste, co utrzymuje niskie koszty utrzymania—choć może zakłócać systemy komunikacji. Jego czas użytkowania przekracza 25 lat.
