Классификация систем электрических распределительных сетей
Типичная электрическая система передачи энергии разделяется на три основных компонента: генерация, передача и распределение. Электроэнергия производится на электростанциях, которые часто находятся далеко от центров нагрузки. В результате для доставки электроэнергии на большие расстояния используются линии электропередачи.
Для минимизации потерь при передаче используется высокое напряжение в линиях передачи, а затем напряжение снижается в центрах нагрузки. Система распределения затем доставляет эту энергию конечным потребителям.
Типы систем распределения электроэнергии
Система распределения может быть классифицирована по нескольким критериям:
Классификация по характеру питания
Электроэнергия существует в двух формах: переменный и постоянный ток. Система распределения соответствует этим типам. Система распределения переменного тока дополнительно делится по уровню напряжения:
Типичная схема первичной системы распределения показана ниже, демонстрируя ее роль в передаче электроэнергии высокого напряжения перед окончательным преобразованием напряжения.
Вторичная система распределения доставляет энергию на уровне использования напряжения. Она начинается там, где заканчивается первичная система распределения — обычно на трансформаторе, который понижает 11 кВ до 415 В для прямой передачи малым потребителям.
Большинство трансформаторов на этом этапе имеют треугольное подключение первичной обмотки и звездное подключение вторичной обмотки, что обеспечивает заземленный нейтральный вывод. Это конфигурация позволяет использовать четырехпроводную систему в трехфазной вторичной системе распределения.
Схема вторичной системы распределения показана ниже, демонстрируя, как напряжение адаптируется для конечных пользователей.
Система распределения постоянного тока
Хотя большинство нагрузок в системах питания основаны на переменном токе, некоторые применения требуют постоянного тока, что требует использования системы распределения постоянного тока. В таких случаях генерируемый переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямителей или роторных преобразователей. Ключевые применения постоянного тока включают тяговые системы, двигатели постоянного тока, зарядку аккумуляторов и гальванические покрытия.
Система распределения постоянного тока классифицируется по своей проводке:
Двухпроводная система распределения постоянного тока
Эта система использует два провода: один с положительным потенциалом (живой провод) и другой с отрицательным или нулевым потенциалом. Нагрузки (такие как лампы или двигатели) подключаются параллельно между двумя проводами, что подходит для устройств с двухполюсной конфигурацией. Схема этого устройства показана ниже.
Трехпроводная система распределения постоянного тока
Трехпроводная система распределения постоянного тока
Эта система использует три провода: два живых провода и один нейтральный, предоставляя ключевое преимущество в виде двух уровней напряжения. Предположим, что живые провода находятся на +V и -V, а нейтральный провод — на нулевом потенциале. Подключение нагрузки между одним живым проводом и нейтральным дает V вольт, а подключение между обоими живыми проводами дает 2V вольт.
Эта конфигурация позволяет подключать нагрузки высокого напряжения между живыми проводами, а нагрузки низкого напряжения — между живым проводом и нейтральным. Диаграмма подключения для трехпроводной системы распределения постоянного тока показана ниже.
Классификация систем распределения по методу подключения
Система распределения классифицируется на три типа по методу подключения:
Радиальная система
В радиальной системе отдельные питающие линии доставляют энергию от подстанции в каждую область, с однонаправленным потоком энергии от питающей линии к распределителю. Этот дизайн прост и легок в реализации, требуя меньших начальных инвестиций по сравнению с другими системами.
Однако ее надежность значительно ограничена: отказ одной питающей линии может остановить всю систему, которую она обслуживает. Регулирование напряжения также страдает для потребителей, находящихся далеко от питающей линии, так как колебания нагрузки вызывают более заметные изменения напряжения. По этим причинам радиальные системы обычно используются только для короткодистанционного распределения энергии к нагрузкам, расположенным близко к питающей линии. Однолинейная схема радиальной системы показана ниже.
Кольцевая система
В кольцевой системе трансформаторы распределения подключены в замкнутую цепь, питаемую подстанцией с одного конца. Этот дизайн обеспечивает каждому трансформатору два различных пути к подстанции, повышая избыточность и надежность. Однолинейная схема кольцевой системы показана ниже.
Эта конфигурация может быть сравнима с двумя параллельно подключенными питающими линиями. Например, если произойдет неисправность между точками B и C, участок между B и C будет изолирован от системы, и подстанция сможет подавать энергию через два альтернативных маршрута.
Этот дизайн повышает надежность системы, уменьшает колебания напряжения на стороне потребителя и обеспечивает, чтобы каждый участок кольца нес меньший ток, таким образом, требуя меньше проводников по сравнению с радиальной системой.
Соединенная система распределения
Соединенная система распределения имеет петлю, питаемую несколькими подстанциями в разных точках, что дало ей название "сетевая система распределения". Однолинейная схема этой системы показана ниже.
Как показано на схеме выше, петля ABCDEFGHA питается двумя подстанциями в точках A и E. Эта конфигурация значительно повышает надежность системы по сравнению с кольцевой и радиальной системами.
Хотя соединенная система обладает превосходным качеством и эффективностью питания, даже снижая резервную мощность, ее дизайн сложен и требует больших начальных инвестиций из-за необходимости нескольких подстанций.
Классификация систем распределения по типу конструкции
Подземная система распределения
Как следует из названия, эта система располагает проводники под улицами или тротуарами. Хотя она безопаснее наземных систем, она требует высоких начальных затрат из-за рытья траншей, установки каналов, люков и специализированных кабелей. Подземные кабели менее подвержены неисправностям и имеют эстетические преимущества (невидимость), но обнаружение и ремонт неисправностей затруднены. Их срок службы превышает 50 лет.
Наземная система распределения
Проводники в этой традиционной системе устанавливаются на деревянных, бетонных или стальных опорах. Хотя она более подвержена неисправностям и опасностям безопасности, чем подземные системы, она имеет более низкие начальные затраты и большую гибкость для расширения нагрузки. Воздух служит изоляционным материалом, исключая необходимость специальных кабелей и позволяя более высокую пропускную способность. Установка, обнаружение неисправностей и ремонт просты, что снижает эксплуатационные расходы, хотя это может создавать помехи для систем связи. Ее полезный срок службы составляет более 25 лет.
