Klassificering av elnätsfördelningsystem
Den typiska elektriska energisystemet är indelat i tre huvudkomponenter: produktion, transmission och distribution. Elektrisk energi produceras i kraftverk, som ofta ligger långt från belastningscentra. Därför används transmissionslinjer för att leverera energi över långa avstånd.
För att minimera transmissionstap använder man högspänning i transmissionslinjerna, och spänningen sänks vid belastningscentret. Distributionssystemet levererar sedan denna energi till slutanvändarna.
Typer av eldistributionssystem
Distributionssystemet kan klassificeras utifrån flera kriterier:
Klassificering efter försörjningsnatur
Elektrisk energi finns i två former: växelström och likström. Distributionssystemet anpassas till dessa typer. Växelströmsdistributionssystemet delas ytterligare in enligt spänningsnivå:
Det primära distributionsystemets typiska layout visas nedan, vilket visar dess roll i högspänningsenergiförsörjning innan den slutgiltiga spänningskonvertering.
Sekundärdistributionsystemet levererar energi vid användarspänningsnivå. Det börjar där det primära distributionsystemet slutar—vanligtvis vid en transformator som sänker 11 kV till 415 V för direkt distribution till små konsumenter.
De flesta transformatorer på detta skede har en deltaanslutet primärsvirke och ett sternanslutet sekundärsvirke, vilket ger en jordad neutralterminal. Denna konfiguration möjliggör att sekundärdistributionsystemet använder en trefas-fyratrådskonfiguration.
Layouten av ett sekundärdistributionsnät visas nedan, vilket visar hur spänningen anpassas för slutanvändarapplikationer.
Likströmsdistributionssystem
Även om de flesta belastningar i energisystem är växelströmbaserade, kräver vissa tillämpningar likström, vilket kräver användandet av ett likströmsdistributionssystem. I sådana fall konverteras genererad växelström till likström via rektifierare eller roterande omvandlare. Viktiga tillämpningar för likström inkluderar dragningssystem, likströsmotorer, batteriladdning och lackering.
Likströmsdistributionssystemet kategoriseras enligt sin ledningskonfiguration:
Tvåtrådigt likströmsdistributionssystem
Detta system använder två trådar: en vid positiv potential (livled) och den andra vid negativ eller nollpotential. Belastningar (som lampor eller motorer) ansluts parallellt mellan de två trådarna, lämpligt för enheter med tvåkontaktkonfiguration. En schematisk bild av denna uppsättning visas nedan.
Tretrådigt likströmsdistributionssystem
Tretrådigt likströmsdistributionssystem
Detta system använder tre trådar: två livled och en neutraltråd, vilket ger det viktiga fördelen att ge två spänningsnivåer. Antag att livlederna är vid +V och -V, med neutralen vid nollpotential. Att ansluta en belastning mellan en livled och neutral ger V volt, medan anslutning över båda livlederna ger 2V volt.
Denna konfiguration möjliggör att högspänningsbelastningar ansluts över livlederna och lågspänningsbelastningar ansluts mellan en livled och neutral. Anslutningsdiagrammet för ett tretrådigt likströmsdistributionssystem visas nedan.
Klassificering av distributionsystem efter anslutningsmetod
Distributionsystemet kategoriseras i tre typer baserat på anslutningsmetodik:
Radialsystem
I ett radialsystem levereras energi från en understation till varje område med separata försörjningsleder, med energi som flödar unidirektionellt från försörjningsled till distributör. Denna design är enkel och lätt att implementera, vilket kräver en lägre initial investering jämfört med andra system.
Dock är dess tillförlitlighet betydligt begränsad: ett fel i en försörjningsled kan stänga av hela systemet det serverar. Spänningsregleringen lider också för konsumenter långt ifrån försörjningsleden, eftersom lastfluktuationer orsakar mer framträdande spänningsvariationer. Av dessa skäl används radialsystem endast för kortdistansdistribution till belastningar nära försörjningsleden. Ett enkelt linjediagram av radialsystemet visas nedan.
Ringhuvudsystem
I ett ringhuvudsystem är distributionstransformatorer anslutna i en sluten loopkonfiguration, som levereras av en understation från ena änden. Denna design säkerställer att varje transformator har två distinkta vägar till understationen, vilket ökar redundans och tillförlitlighet. Ett enkelt linjediagram av ringhuvudsystemet visas nedan.
Denna konfiguration kan liknas vid två parallellanslutna försörjningsled. Till exempel, om ett fel uppstår mellan punkterna B och C, kommer segmentet mellan B och C att isoleras från systemet, och understationen kan leverera energi genom två alternativa rutter.
Denna design ökar systemets tillförlitlighet, minskar spänningsfluktuationer vid konsumentens ände och säkerställer att varje löppssegment bär en lägre ström—vilket kräver mindre ledmateriale jämfört med radialsystemet.
Interconnecterat distributionsystem
Interconnecterat distributionsystemet har en slinga som levereras av flera understationer vid olika punkter, vilket ger det namnet "nätverksdistributionsystem". Ett enkelt linjediagram av detta system visas nedan.
Som visas i diagrammet ovan levereras slingan ABCDEFGHA av två understationer vid punkterna A och E. Denna konfiguration ökar systemets tillförlitlighet betydligt jämfört med både ringhuvud- och radialsystem.
Även om interconnecterat system har överlägsen energikvalitet och effektivitet—även genom att minska reservenergikapaciteten—är dess design komplex och kräver en högre initial investering på grund av behovet av flera understationer.
Klassificering av distributionsystem efter konstruktionstyp
Underjordiskt distributionsystem
Som namnet antyder placeras ledningar under gator eller trottoarer i detta system. Även om det är säkrare än övergripande system, innebär det höga initiala kostnader på grund av grävning, rör, manholer och specialiserade kabler. Underjordiska kabeln är mindre benägna för fel och ger estetiska fördelar (osynlighet), men felsökning och reparation är svårt. Dess livslängd överstiger 50 år.
Övergripande distributionsystem
Ledningar monteras på trä, betong eller stålstång i denna traditionella uppsättning. Trots att det är mer benäget för fel och säkerhetshinder än underjordiska system, har det lägre initiala kostnader och större flexibilitet för lastexpansion. Luft fungerar som isolationsmedium, vilket elimin
