Phân loại Hệ thống Mạng Phân phối Điện lực
Hệ thống mạng điện năng tiêu biểu được phân loại thành ba thành phần chính: sản xuất, truyền tải và phân phối. Điện năng được sản xuất tại các nhà máy điện, thường nằm xa trung tâm tải. Do đó, các đường dây truyền tải được sử dụng để chuyển điện năng qua quãng đường dài.
Để giảm thiểu tổn thất truyền tải, điện áp cao được sử dụng trên các đường dây truyền tải, và điện áp được giảm xuống tại trung tâm tải. Hệ thống phân phối sau đó cung cấp điện năng này cho người dùng cuối.
Các Loại Hệ Thống Phân Phối Điện Năng
Hệ thống phân phối có thể được phân loại dựa trên một số tiêu chí:
Phân Loại Theo Tính Chất Của Nguồn Cấp
Điện năng tồn tại dưới hai dạng: AC và DC. Hệ thống phân phối phù hợp với các loại này. Hệ thống phân phối AC được chia nhỏ hơn theo mức điện áp:
Bố cục điển hình của hệ thống phân phối chính được minh họa bên dưới, thể hiện vai trò của nó trong việc cung cấp điện năng cao áp trước khi chuyển đổi điện áp cuối cùng.
Hệ thống phân phối phụ cung cấp điện năng ở mức điện áp sử dụng. Nó bắt đầu từ điểm kết thúc của hệ thống phân phối chính - thường là biến áp giảm điện áp từ 11 kV xuống 415 V để phân phối trực tiếp cho các người tiêu dùng nhỏ.
Hầu hết các biến áp ở giai đoạn này có cuộn dây sơ cấp nối delta và cuộn dây thứ cấp nối sao, cung cấp đầu nối trung tính được nối đất. Cấu hình này cho phép hệ thống phân phối phụ sử dụng cấu hình ba pha bốn dây.
Bố cục của mạng phân phối phụ được minh họa bên dưới, thể hiện cách điện áp được điều chỉnh cho các ứng dụng của người dùng cuối.
Hệ Thống Phân Phối Điện Năng DC
Mặc dù hầu hết tải của hệ thống điện là AC, một số ứng dụng yêu cầu điện năng DC, đòi hỏi phải sử dụng hệ thống phân phối DC. Trong những trường hợp này, điện năng AC được tạo ra được chuyển đổi thành DC thông qua bộ chỉnh lưu hoặc bộ chuyển đổi xoay chiều. Các ứng dụng chính của điện năng DC bao gồm hệ thống kéo, động cơ DC, sạc pin và điện phân.
Hệ thống phân phối DC được phân loại theo cấu hình dây dẫn:
Hệ Thống Phân Phối DC Hai Dây
Hệ thống này sử dụng hai dây: một dây có điện thế dương (dây nóng) và dây còn lại có điện thế âm hoặc không. Các tải (như đèn hoặc động cơ) được kết nối song song giữa hai dây, phù hợp cho các thiết bị có cấu hình hai đầu. Sơ đồ của cấu hình này được hiển thị bên dưới.
Hệ Thống Phân Phối DC Ba Dây
Hệ Thống Phân Phối DC Ba Dây
Hệ thống này sử dụng ba dây: hai dây nóng và một dây trung tính, mang lại lợi ích chính là cung cấp hai mức điện áp. Giả sử các dây nóng có điện thế +V và -V, với dây trung tính ở điện thế không. Kết nối tải giữa một dây nóng và dây trung tính sẽ cho ra V volts, trong khi kết nối qua cả hai dây nóng sẽ cho ra 2V volts.
Cấu hình này cho phép các tải điện áp cao kết nối qua các dây nóng và các tải điện áp thấp kết nối giữa dây nóng và dây trung tính. Sơ đồ kết nối cho hệ thống phân phối DC ba dây được minh họa bên dưới.
Phân Loại Hệ Thống Phân Phối Theo Phương Pháp Kết Nối
Hệ thống phân phối được phân loại thành ba loại dựa trên phương pháp kết nối:
Hệ Thống Tia
Trong hệ thống tia, các đường dây riêng biệt cung cấp điện năng từ trạm biến áp đến mỗi khu vực, với dòng điện chảy một chiều từ đường dây đến phân phối. Thiết kế này đơn giản và dễ thực hiện, yêu cầu vốn đầu tư ban đầu thấp hơn so với các hệ thống khác.
Tuy nhiên, độ tin cậy của nó bị hạn chế đáng kể: sự cố ở một đường dây có thể làm ngừng hoạt động toàn bộ hệ thống mà nó phục vụ. Điều chỉnh điện áp cũng kém cho các người tiêu dùng xa đường dây, vì sự thay đổi tải gây ra sự biến đổi điện áp rõ rệt hơn. Vì lý do này, hệ thống tia thường chỉ được sử dụng cho phân phối ngắn khoảng cách đến các tải gần đường dây. Sơ đồ một đường của hệ thống tia được hiển thị bên dưới.
Hệ Thống Vòng Chủ
Trong hệ thống vòng chủ, các biến áp phân phối được kết nối theo cấu hình vòng kín, được cung cấp từ một trạm biến áp từ một đầu. Thiết kế này đảm bảo mỗi biến áp có hai đường dẫn riêng biệt đến trạm biến áp, tăng cường tính dự phòng và độ tin cậy. Sơ đồ một đường của hệ thống vòng chủ được minh họa bên dưới.
Cấu hình này có thể được so sánh với hai đường dây song song. Ví dụ, nếu xảy ra sự cố giữa điểm B và C, đoạn giữa B và C sẽ được tách khỏi hệ thống, và trạm biến áp có thể cung cấp điện năng qua hai đường dẫn thay thế.
Thiết kế này tăng cường độ tin cậy của hệ thống, giảm sự dao động điện áp tại người tiêu dùng, và đảm bảo mỗi đoạn vòng mang dòng điện thấp hơn - do đó yêu cầu ít vật liệu dẫn hơn so với hệ thống tia.
Hệ Thống Phân Phối Liên Kết
Hệ thống phân phối liên kết có vòng được cung cấp bởi nhiều trạm biến áp tại các điểm khác nhau, được gọi là "hệ thống phân phối lưới". Sơ đồ một đường của hệ thống này được minh họa bên dưới.
Như được mô tả trong sơ đồ trên, vòng ABCDEFGHA được cung cấp bởi hai trạm biến áp tại điểm A và E. Cấu hình này tăng cường đáng kể độ tin cậy của hệ thống so với cả hệ thống vòng chủ và hệ thống tia.
Mặc dù hệ thống liên kết có chất lượng và hiệu quả điện năng vượt trội - thậm chí giảm công suất dự phòng - thiết kế của nó phức tạp và yêu cầu vốn đầu tư ban đầu cao do cần nhiều trạm biến áp.
Phân Loại Hệ Thống Phân Phối Theo Loại Xây Dựng
Hệ Thống Phân Phối Dưới Đất
Như tên gọi, hệ thống này đặt dây dẫn dưới đường phố hoặc vỉa hè. Mặc dù an toàn hơn hệ thống trên không, nó đòi hỏi chi phí ban đầu cao do đào hào, ống dẫn, hố kỹ thuật và cáp chuyên dụng. Dây dẫn dưới đất ít gặp sự cố và mang lại lợi ích về thẩm mỹ (không nhìn thấy), nhưng việc phát hiện và sửa chữa sự cố khó khăn. Tuổi thọ của chúng vượt quá 50 năm.
Hệ Thống Phân Phối Trên Không
Dây dẫn được gắn trên các cột gỗ, bê tông hoặc thép trong thiết lập truyền thống này. Mặc dù dễ gặp sự cố và nguy cơ an toàn hơn hệ thống dưới đất, nó có chi phí ban đầu thấp hơn và linh hoạt hơn cho việc mở rộng tải. Không khí đóng vai trò là chất cách điện, loại bỏ nhu cầu sử dụng cáp đặc biệt và cho phép dung lượng dòng điện cao hơn. Việc lắp đặt, xác định vị trí sự cố và sửa chữa đều đơn giản, giữ chi phí bảo trì thấp - mặc dù có thể can thiệp vào các hệ thống truyền thông. Tuổi thọ hữu ích của nó vượt quá 25 năm.
