Klasifikacija sistema za raspodelu električne energije

Tipičan električni sistem se sastoji od tri glavna komponenta: proizvodnja, prenos i distribucija. Električna energija proizvodi se u elektrane, koje su često udaljene od centara potrošnje. Stoga se koriste linije za prenos kako bi se snaga prenosila na velike rastojanja.

Da bi se smanjile gubitke pri prenosu, koristi se visok napon u linijama za prenos, a napon se smanjuje u centrima potrošnje. Sistem distribucije zatim dostavlja tu energiju krajnjim korisnicima.

Vrste sistema distribucije električne energije

Sistem distribucije može se klasifikovati prema nekoliko kriterijuma:

• Priroda snabdevanja:

• Sistem distribucije AC struje: Većina potrošača zahteva AC struju, što je standard za proizvodnju, prenos i distribuciju. AC napon se lako može prilagoditi pomoću transformatora, omogućavajući efikasnu stepenovanje i smanjenje napona.

• Sistem distribucije DC struje: Manje zastupljen, ali se koristi u specifičnim primenama.

• Tip veze:

• Radialni sistem

• Prstenasti sistem

• Povezani sistem

• Tip konstrukcije:

• Nadzemni sistem

• Podzemni sistem

Klasifikacija prema prirodi snabdevanja

Električna energija postoji u dve forme: AC i DC. Sistem distribucije se poredi sa ovim tipovima. Sistem distribucije AC struje dalje se deli prema nivou napona:

• Primarni sistem distribucije: Funkcioniše na višim nivoima napona (npr. 3,3 kV, 6,6 kV, 11 kV) koristeći konfiguraciju tri faze sa tri žice. Snabdeva velike potrošače poput industrija ili trgovinskih kompleksa, sa step-down transformatorima blizu lokacija koji smanjuju napon do upotrebljivih nivoa.

• Sekundarni sistem distribucije: Dostavlja snagu na nižim, korisničkim nivoima napona.

Typična shema primarnog sistema distribucije je prikazana ispod, pokazujući njegovu ulogu u dostavi visokonaponske snage pre finalne konverzije napona.

Sekundarni sistem distribucije dostavlja snagu na nivou napona za upotrebu. Počinje onde gde se završava primarni sistem distribucije - obično na transformatoru koji smanjuje 11 kV na 415 V za direktnu distribuciju malim potrošačima.

Većina transformatora u ovoj fazi ima delta povezanu primarnu svitku i zvezdu povezanu sekundarnu svitku, što pruža zemljani neutralni terminal. Ova konfiguracija omogućava sekundarnom sistemu distribucije da koristi konfiguraciju tri faze sa četiri žice.

• Jednofazno snabdevanje: Dobija se vezivanjem bilo koje faze na neutralni terminal, što daje 230 V ili 120 V (zavisno od nacionalnih standarda). Ovo se često koristi za stambene kuće i male dućane.

• Trofazno snabdevanje: Koristi se kod malih industrija, brašnara i sličnih potrošača, koji se povezuju na R, Y, B fazne terminele i neutralni (N) za trofaznu snagu.

Shema sekundarnog mrežnog sistema je prikazana ispod, pokazujući kako se napon prilagođava za krajnje korisničke primene.

Sistem distribucije DC struje

Iako su većina opterećenja sistema snage AC bazirana, određene primene zahtevaju DC snagu, što dovodi do korišćenja sistema distribucije DC. U takvim slučajevima, generisana AC snaga se pretvara u DC putem rektifikatora ili rotornih konvertera. Ključne primene DC snage uključuju sustave za vlačnju, DC motore, punjenje baterija i galvanoplastiku.

Sistem distribucije DC se klasifikuje prema konfiguraciji žica:

Dvoslojni sistem distribucije DC

Ovaj sistem koristi dve žice: jednu sa pozitivnim potencijalom (živa žica) i drugu sa negativnim ili nultim potencijalom. Opterećenja (poput lampi ili motora) su povezana paralelno između dve žice, pogodno za uređaje sa dvoterminskim konfiguracijama. Shematika ove postavke je prikazana ispod.

Troslojni sistem distribucije DC

Troslojni sistem distribucije DC

Ovaj sistem koristi tri žice: dve žive žice i jednu neutralnu žicu, pružajući ključnu prednost dva nivoa napona. Pretpostavimo da su žive žice na +V i -V, a neutralna na nultom potencijalu. Spajanjem opterećenja između jedne žive žice i neutralne dobija se V volt, dok spajanjem između obe žive žice daje 2V volti.

Ova konfiguracija omogućava vezivanje opterećenja visokog napona između živih žica i vezivanje opterećenja niskog napona između žive žice i neutralne. Shematika vezivanja troslojnog sistema distribucije DC je prikazana ispod.

Klasifikacija sistema distribucije prema metodu vezivanja

Sistem distribucije se klasifikuje u tri vrste prema metodologiji vezivanja:

• Radialni sistem

• Prstenasti sistem

• Povezani sistem distribucije

Radialni sistem

U radialnom sistemu, posebni feederi dostavljaju snagu od podstacione do svake zone, sa snagom koja teče unidirekcionalno od feedera do distributera. Ovaj dizajn je jednostavan i lako implementabilan, zahtevajući manje početne investicije u odnosu na druge sisteme.

Međutim, njegova pouzdanost je značajno ograničena: greška u jednom feederu može isključiti ceo sistem koji sluzi. Regulacija napona takođe pati za potrošače daleko od feedera, jer promene opterećenja dovode do izraženih variranja napona. Zbog ovih razloga, radialni sistemi se obično koriste samo za kratkorastojansku distribuciju snage potrošačima koji su blizu feedera. Jednolinijski dijagram radialnog sistema je prikazan ispod.

Prstenasti sistem

U prstenastom sistemu, distribucijski transformatori su povezani u zatvorenu petlju, sa snabdevanjem od podstacione sa jedne strane. Ovaj dizajn osigurava da svaki transformator ima dva različita puta do podstacione, poboljšavajući redundanciju i pouzdanost. Jednolinijski dijagram prstenastog sistema je prikazan ispod.

Ova konfiguracija može se usporediti sa dva paralelno povezana feedera. Na primjer, ako se dogodi greška između tačaka B i C, segment između B i C će biti izdvojen iz sistema, a podstacija može snabdevati preko dva alternativna puta.

Ovaj dizajn poboljšava pouzdanost sistema, smanjuje variranja napona na kraju potrošača i osigurava da svaki segment petlje nosi manji tok - stoga zahtevajući manje materijala za vodove u odnosu na radialni sistem.

Povezani sistem distribucije

Povezani sistem distribucije ima petlju koja se snabdeva od više podstacionih na različitim tačkama, zbog čega mu se daje ime "mrežni sistem distribucije". Jednolinijski dijagram ovog sistema je prikazan ispod.

Kao što je prikazano na dijagramu iznad, petlja ABCDEFGHA se snabdeva od dve podstacione na tačkama A i E. Ova konfiguracija značajno poboljšava pouzdanost sistema u poređenju sa prstenastim i radialnim sistemima.

Iako povezani sistem ima superiornu kvalitetu i efikasnost snage - čak i smanjuje rezervnu kapacitet snage - njegov dizajn je složen i zahteva veće početne investicije zbog potrebe za više podstacionih.

Klasifikacija sistema distribucije prema tipu konstrukcije
Podzemni sistem distribucije

Kao što naziv kaže, ovaj sistem smješta vodove ispod ulica ili trotira. Iako je sigurniji od nadzemnih sistema, nose visoke početne troškove zbog kopanja, cevi, lukova i specijalizovanih kabela. Podzemni kabeli su manje podložni greškama i nude estetske prednosti (nezapazljivost), ali otkrivanje i popravka grešaka su teški. Njihov životni vijek prelazi 50 godina.

Nadzemni sistem distribucije

Vodovi su montirani na drvene, betonske ili čelikove stubove u ovom konvencionalnom postavljanju. Iako su više podložni greškama i opasnostima nego podzemni sistemi, imaju niže početne troškove i veću fleksibilnost za ekspanziju opterećenja. Zrak služi kao sredstvo izolacije, eliminirajući potrebu za specijalnim kablama i omogućavajući veću kapacitet toka. Instalacija, otkrivanje grešaka i popravka su jednostavni, čime se zadržavaju niske troškove održavanja - iako može interfirirati sa komunikacionim sistemima. Njegov životni vijek prelazi 25 godina.