Класифікація систем електричних мереж розподілу електроенергії
Типова електрична мережа поділяється на три основні компоненти: генерацію, передачу та розподіл. Електроенергія виробляється на електростанціях, які часто розташовані далеко від центрів споживання. В результаті для доставки енергії на великі відстані використовуються лінії передачі.
Для мінімізації втрат під час передачі використовується високий напруга на лініях передачі, а напруга знижується у центрі споживання. Система розподілу потім доставляє цю енергію кінцевим споживачам.
Види систем розподілу електроенергії
Система розподілу може бути класифікована за декількома критеріями:
Класифікація за характером живлення
Електроенергія існує у двох формах: AC та DC. Система розподілу відповідає цим типам. AC система розподілу поділяється за рівнем напруги:
Типова схема первинної системи розподілу показана нижче, що демонструє її роль у доставці енергії на високій напругі перед остаточним перетворенням напруги.
Другорядна система розподілу доставляє енергію на рівні використовуваної напруги. Вона починається там, де закінчується первинна система розподілу, зазвичай на трансформаторі, який знижує 11 кВ до 415 В для безпосереднього розподілу серед малих споживачів.
Більшість трансформаторів на цьому етапі мають дельта-з'єднану первинну обмотку та зірчасто з'єднану вторинну обмотку, що надає заземлений нейтральний термінал. Ця конфігурація дозволяє другорядній системі розподілу використовувати трифазне чотирипровідне з'єднання.
Схема другорядної системи розподілу показана нижче, що демонструє, як напруга адаптується для застосувань кінцевих користувачів.
DC система розподілу
Хоча більшість навантажень електроенергетичних систем базується на AC, деякі застосування потребують DC енергії, що вимагає використання DC системи розподілу. У таких випадках згенерована AC енергія перетворюється на DC за допомогою ректифікаторів або роторних перетворювачів. Ключові застосування DC енергії включають тягові системи, DC двигуни, зарядку акумуляторів та гальванопластик.
DC система розподілу класифікується за своєю схемою проводки:
Двопровідна DC система розподілу
Ця система використовує два проводи: один на позитивному потенціалі (живучий провід) та інший на негативному або нульовому потенціалі. Навантаження (такі як лампи або двигуни) з'єднуються паралельно між двома проводами, що підходить для пристроїв з двотермінальною конфігурацією. Схема цього встановлення показана нижче.
Трьохпровідна DC система розподілу
Трьохпровідна DC система розподілу
Ця система використовує три проводи: два живучих проводи та один нейтральний провід, що надає ключову перевагу у вигляді двох рівнів напруги. Припустимо, що живучі проводи знаходяться на +V та -V, а нейтральний на нульовому потенціалі. З'єднання навантаження між одним живучим проводом та нейтральним дає V вольт, а з'єднання між обох живучих проводів дає 2V вольт.
Ця конфігурація дозволяє підключати навантаження з високою напругою між живучими проводами, а навантаження з низькою напругою — між живучим проводом та нейтральним. Схема з'єднання трьохпровідної DC системи розподілу показана нижче.
Класифікація систем розподілу за методом з'єднання
Система розподілу класифікується на три типи за методологією з'єднання:
Радіальна система
У радіальній системі окремі підведення доставляють енергію від підстанції до кожного району, з енергією, яка рухається односторонньо від підведення до розподільника. Цей дизайн простий та легкий для реалізації, вимагаючи менших початкових вкладень порівняно з іншими системами.
Проте, її надійність значно обмежена: відмова одного підведення може призвести до відключення всієї системи, яку він обслуговує. Регулювання напруги також страждає для споживачів, які знаходяться далеко від підведення, оскільки коливання навантаження призводять до більш виражених коливань напруги. З цих причин радіальні системи зазвичай використовуються лише для коротковідстаневого розподілу до навантажень, розташованих близько до підведення. Однолінійна діаграма радіальної системи показана нижче.
Кільцева система
У кільцевій системі розподільні трансформатори з'єднуються в замкнутій контур, запитуючи енергію від підстанції з одного кінця. Цей дизайн забезпечує, що кожен трансформатор має два окремі шляхи до підстанції, підвищуючи надлишковість та надійність. Однолінійна діаграма кільцевої системи показана нижче.
Ця конфігурація може бути уподобана двом паралельно з'єднаним підведенням. Наприклад, якщо виникає вада між точками B та C, відрізок між B та C буде відокремлений від системи, а підстанція може забезпечити енергію через два альтернативні шляхи.
Цей дизайн підвищує надійність системи, зменшує коливання напруги на стороні споживача та забезпечує, що кожен відрізок контура несе менший струм, тому вимагає менше матеріалу провідників порівняно з радіальною системою.
З'єднана система розподілу
З'єднана система розподілу має контур, запитаний з кількох підстанцій в різних точках, завдяки чому вона отримала назву "сетевої системи розподілу". Однолінійна діаграма цієї системи показана нижче.
Як показано на діаграмі вище, контур ABCDEFGHA запитується з двох підстанцій в точках A та E. Ця конфігурація значно підвищує надійність системи порівняно з кільцевою та радіальною системами.
Хоча з'єднана система має вищі показники якості та ефективності енергії, навіть зменшуючи резервну ємність, її дизайн складний та вимагає більших початкових вкладень через необхідність кількох підстанцій.
Класифікація систем розподілу за типом конструкції
Підземна система розподілу
Як видно з назви, ця система розташовує провідники під дорогою або тротуаром. Хоча вона безпечніша, ніж надземні системи, вона вимагає високих початкових витрат через розкопки, каналізаційні труби, люки та спеціальні кабелі. Підземні кабелі менш схильні до вад, мають естетичні переваги (невидимість), але виявлення та вилучення вад складні. Їхній термін служби перевищує 50 років.
Надземна система розподілу
У цій традиційній системі провідники монтується на дерев'яних, бетонних або металевих стовпах. Хоча вона більш схильна до вад та небезпечності, ніж підземні системи, вона має нижчі початкові витрати та більшу гнучкість для розширення навантаження. Повітря виступає як ізоляційна середа, що елімінує потребу в спеціальних кабелях та дозволяє більшу пропускну здатність струму. Встановлення, виявлення вад та ремонт є простими, що зберігає витрати на обслуговування низькими, хоча може заважати системам зв'язку. Її корисний термін служби перевищує 25 років.
