Klasifikacija sistemov distribucijske električne mreže
Tipična električna omrežja za oskrbo s strujom so razdeljena na tri glavne komponente: proizvodnjo, prenos in distribucijo. Električna energija se proizvaja v elektrarnah, ki so pogosto oddaljene od območij povratka. Zaradi tega se uporabljajo prenosni vodi, da bi energijo dostavili na daleč.
Za zmanjšanje izgub pri prenosu se v prenosnih vodih uporablja visokonapetostna energija, napih pa se zniža v območju povratka. Sistem distribucije nato to energijo dostavi končnim uporabnikom.
Vrste sistemov distribucije električne energije
Sistem distribucije lahko razvrstimo glede na več kriterijev:
Razvrstitev glede na naturo oskrbe
Električna energija obstaja v dveh oblikah: AC in DC. Sistem distribucije se prilega tem vrstam. AC sistem distribucije je dodatno razdeljen po ravni napetosti:
Typična razporeditev primarnega sistema distribucije je prikazana spodaj, ki prikazuje njegovo vlogo pri dostavi visokonapetostne energije pred končno pretvorbo napetosti.
Secundarni sistem distribucije dostavlja energijo na ravni uporabne napetosti. Začne tam, kjer se konča primarni sistem distribucije—običajno na transformatorju, ki zniža 11 kV na 415 V za neposredno distribucijo manjšim potrošnikom.
Večina transformatorjev v tej fazi ima deltoidno povezan primarni navoj in zvezdasto povezan sekundarni navoj, ki zagotavlja zemljen neutralni terminal. Ta konfiguracija omogoča, da secundarni sistem distribucije uporablja tri-fazno štirivodno postavitev.
Razporeditev secundarnega sistema distribucije je prikazana spodaj, ki prikazuje, kako se napetost prilagodi za uporabo končnih uporabnikov.
DC sistem distribucije
Čeprav so večina bremen v sistemu energije AC-bazirana, nekatere aplikacije zahtevajo DC energijo, kar zahteva uporabo DC sistema distribucije. V takšnih primerih se generirana AC energija pretvori v DC z uporabo rektifikatorjev ali rotacijskih pretvornikov. Ključne aplikacije za DC energijo vključujejo trakcijske sisteme, DC motorje, polnenje baterij in elektroplakanje.
DC sistem distribucije je razvrščen glede na konfiguracijo žice:
Dvožični DC sistem distribucije
Ta sistem uporablja dve žici: ena na pozitivnem potencialu (živa žica) in druga na negativnem ali ničelnem potencialu. Obremenitve (kot so svetlobe ali motorji) so povezane vzporedno med dvema žicama, primerno za naprave z dvoterminskimi konfiguracijami. Shema te postavitve je prikazana spodaj.
Trožični DC sistem distribucije
Trožični DC sistem distribucije
Ta sistem uporablja tri žice: dve živi žici in eno neutralno žico, kar ponuja ključno prednost dveh nivojev napetosti. Če so žive žice na +V in -V, z neutralno na ničelnem potencialu. Povezava obremenitve med eno živo žico in neutralom prinese V voltov, medtem ko povezava med obeh živih žic prinese 2V voltov.
Ta konfiguracija omogoča, da se visokonapetostne obremenitve povežejo med živimi žicami, medtem ko se nizkonapetostne obremenitve povežejo med živo žico in neutralom. Diagram povezave za trožični DC sistem distribucije je prikazan spodaj.
Razvrstitev sistema distribucije glede na metodo povezave
Sistem distribucije je razvrščen v tri vrste glede na metodologijo povezave:
Radialni sistem
V radialnem sistemu ločeni prenosniki dostavljajo energijo od podstanice do vsakega območja, z energijo, ki teče unidirekcionalno od prenosnika do distributerja. Ta dizajn je preprost in lahek za izvedbo, zahteva manjšo začetno investicijo v primerjavi z drugimi sistemi.
Avtomobilnost je znatno omejena: odpoved v enem prenosniku lahko izklopi celoten sistem, ki ga služi. Regulacija napetosti tudi trpi za potrošnike, daleč od prenosnika, ker povzroča več izrazite variacije napetosti. Zato se radialni sistemi običajno uporabljajo le za kratkoročno distribucijo do bremen, ki so blizu prenosnika. Jedrski diagram radialnega sistema je prikazan spodaj.
Prstenasta glavna os
V prstenastem sistemu glavne osi so distribucijski transformatorji povezani v zaprt cikel, opremljeni s podstanice na enem koncu. Ta dizajn zagotavlja, da ima vsak transformator dva različna poti do podstanice, kar povečuje redundancnost in avtomobilnost. Jedrski diagram prstenaste glavne osi je prikazan spodaj.
Ta konfiguracija je podobna dvema vzporedno povezanima prenosnikoma. Na primer, če se zgodi napaka med točkama B in C, bo segment med B in C izoliran iz sistema, in podstanica lahko oskrbuje skozi dva alternativna poti.
Ta dizajn poveča avtomobilnost sistema, zmanjša variacije napetosti na strani potrošnika in zagotavlja, da vsak segment cikla nosi manjši tok—tako zahteva manj vodnega materiala v primerjavi z radialnim sistemom.
Povezan sistem distribucije
Povezan sistem distribucije vključuje cikel, opremljen z več podstanicami na različnih točkah, zaradi česar se imenuje "mrežni sistem distribucije." Jedrski diagram tega sistema je prikazan spodaj.
Kot je prikazano na diagramu zgoraj, je cikel ABCDEFGHA opremljen z dvema podstanicama na točkah A in E. Ta konfiguracija znatno poveča avtomobilnost sistema v primerjavi z prstenasto glavno osjo in radialnim sistemom.
Čeprav ima povezan sistem superiorno kakovost in učinkovitost energije—celo zmanjša kapaciteto rezervne moči—je njegov dizajn kompleksen in zahteva višjo začetno investicijo zaradi potrebe po več podstanicah.
Razvrstitev sistemov distribucije glede na tip gradnje
Podzemni sistem distribucije
Kot naznačeno, ta sistem postavlja vodnike pod ulicami ali trotuirji. Čeprav je varnejši od nadzemnih sistemov, zahteva visoke začetne stroške zaradi kopanja, cevov, ljudskih luknj, in specializiranih kabelov. Podzemni kabeli so manj podvrženi napakam in ponujajo estetske prednosti (neviden), vendar je odkrivanje in popravljanje napak težko. Njihova življenjska doba presega 50 let.
Nadzemni sistem distribucije
Vodniki so montirani na lesene, betonske ali jeklene steber v tej konvencionalni postavitvi. Čeprav so bolj podvrženi napakam in varnostnim tveganjem kot podzemni sistemi, imajo nižje začetne stroške in večjo fleksibilnost za razširitev obremenitve. Zrak deluje kot izolacijsko sredstvo, kar odpravlja potrebo po posebnih kabelih in omogoča višjo kapaciteto nosilca toka. Namestitev, iskanje napak in popravljanje so enostavni, kar zmanjša stroške vzdrževanja—čeprav lahko moti komunikacijske sisteme. Njegova uporabna življenjska doba presega 25 let.
