Übertragung von AC / DC-Strom

Elektrische Verteilungssysteme sind ein wesentlicher Bestandteil des elektrischen Energiesystems. Um elektrische Energie von einer Wechselstrom- (AC) oder Gleichstromquelle (DC) an den Ort zu übertragen, an dem sie verwendet wird, muss eine Art Verteilungsnetz verwendet werden.

Die Methode zur Verteilung von Strom von es wird produziert, wo es verwendet wird, kann ganz einfach sein. Komplexere Energieverteilungssysteme werden verwendet, um elektrische Energie vom Kraftwerk auf Industrien, Häuser und gewerbliche Gebäude zu übertragen.

Inhalt:

1. Verteilersysteme im Allgemeinen
2. Klassifizierung
   1. Wechselstromverteilung
      1. Primäres Verteilersystem
      2. Sekundäres Verteilersystem
   2. Gleichstromverteilung
      1. 2-Draht-Gleichstromsystem
      2. 3-Draht-Gleichstromsystem
   3. Häufigste Verteilungsanordnungen
      1. Radialsystem
      2. Ringhauptsystem
      3. Miteinander verbundene Stromversorgungssysteme
3. Spannungsabfallberechnung im Gleichstromsystem
4. Anforderungen an ein gutes Verteilungssystem
5. Designüberlegungen

Verteilungssysteme im Allgemeinen

Verteilungssysteme verwenden normalerweise solche Geräte wie Transformatoren, Leistungsschalter und Schutzvorrichtungen. Das ursprüngliche elektrische Verteilungssystem, das von Thomas Edison entwickelt wurde, war ein unterirdisches Gleichstromsystem (DC).

Es besteht im Allgemeinen aus Feedern, Verteilern. Das Einzelliniendiagramm eines typischen Verteilungssystems ist in Abbildung 1 dargestellt.

Grundsätzlich können wir sagen, dass der Teil des Stromversorgungssystems, der elektrischen Strom für den lokalen Gebrauch verteilt, als Verteilungssystem bekannt ist.

Feeder

Ein Feeder ist ein Leiter, der das Umspannwerk (oder das lokalisierte Kraftwerk) mit dem Bereich verbindet, in dem Strom verteilt werden soll. Im Allgemeinen werden keine Abgriffe vom Feeder genommen, so dass der Strom in ihm durchgehend gleich bleibt (Abbildung 2).

Die Hauptüberlegung bei der Konstruktion eines Speisers ist die Strombelastbarkeit.

Verteiler

Ein Verteiler ist ein Leiter, von dem Abgriffe zur Versorgung der Verbraucher entnommen werden. Der Strom durch einen Verteiler ist nicht konstant, da an verschiedenen Stellen entlang seiner Länge Abgriffe vorgenommen werden.

Service mains

Ein Service Maim ist im Allgemeinen ein kleines Kabel, das den Verteiler mit den Endgeräten der Verbraucher verbindet.

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2. Klassifizierung

Ein Verteilungssystem kann klassifiziert werden nach:

Je nach Art des Stroms kann das Verteilungssystem klassifiziert werden als:

• Gleichstrom (DC) Verteilungssystem
• Wechselstrom (AC) Verteilungssystem.

Heutzutage wird das Wechselstromsystem universell für die Verteilung von elektrischer Energie eingesetzt, da es einfacher und wirtschaftlicher ist als die Gleichstrommethode.

Gemäß dem Schema der Verbindung kann das Verteilungssystem klassifiziert werden als:

1. Radialsystem
2. Ringhauptsystem
3. Miteinander verbundenes System.

Jedes Schema hat seine eigenen Vor- und Nachteile.

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2.1 AC-Verteilung

Heutzutage wird elektrische Energie in Form von Wechselstrom erzeugt, übertragen und verteilt. Ein wichtiger Grund für die weit verbreitete Verwendung von Wechselstrom gegenüber Gleichstrom ist die Tatsache, dass die Wechselspannung bequem mittels eines Transformators in der Größe geändert werden kann.

Es gibt keine eindeutige Linie zwischen Übertragung und Verteilung nach Spannung oder Massenkapazität. Diese Linie variiert auch von Land zu Land.

Im Allgemeinen ist das Wechselstromverteilungssystem jedoch das elektrische System zwischen der vom Übertragungssystem gespeisten Unterstation und den Zählern der Verbraucher (Abbildung 3).

Das AC-Verteilungssystem ist unterteilt in:

1. Primäres Verteilungssystem und
2. Sekundäres Verteilungssystem.

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2.1.1 Primärverteilungssystem

Es ist der Teil des Wechselstromverteilungssystems, der mit Spannungen arbeitet, die etwas höher sind als die allgemeine Auslastung, und große Blöcke elektrischer Energie verarbeitet, als der durchschnittliche Niederspannungsverbraucher verwendet (Abbildung 4).

Aus wirtschaftlichen Gründen erfolgt die Primärverteilung über ein 3-phasiges 3-Draht-System.

Elektrischer Strom vom Kraftwerk wird mit Hochspannung an das Umspannwerk in oder in der Nähe der Stadt übertragen. In dieser Unterstation wird die Spannung mit Hilfe eines Abwärtstransformators auf 11 kV abgesenkt.

Bei dieser Spannung wird Strom an verschiedene Umspannwerke zur Verteilung oder an große Verbraucher geliefert. Dies bildet die Hochspannungsverteilung oder Primärverteilung.

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2.1.2 Sekundärverteilungssystem

Es ist der Teil des Wechselstromverteilungssystems, der den Spannungsbereich umfasst, in dem der Endverbraucher die ihm gelieferte elektrische Energie nutzt.

Die sekundäre Verteilung verwendet 400/230 V, 3-phasig, 4-Draht-System. Der primäre Verteilerkreis liefert Strom an verschiedene Umspannwerke, die als Verteilerstationen bezeichnet werden.

Die Spannung zwischen zwei beliebigen Phasen beträgt 400 V und zwischen einer beliebigen Phase und dem Neutralleiter 230 V (Abbildung 5).

Die einphasigen Haushaltslasten sind zwischen einer beliebigen Phase und dem Neutralleiter angeschlossen, während 3-Phasen-400-V-Motor-, Leistungstransformatorlasten direkt über 3-Phasenleitungen angeschlossen sind.

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2.2 Gleichstromverteilung

Es ist allgemein bekannt, dass elektrischer Strom fast ausschließlich als Wechselstrom erzeugt, übertragen und verteilt wird.

Beispielsweise ist eine Gleichstromversorgung für den Betrieb von Maschinen mit variabler Drehzahl (d. H. Gleichstrommotoren), für elektrochemische Arbeiten und für überlastete Bereiche erforderlich, in denen Speicherbatteriereserven erforderlich sind.

Die Gleichstromversorgung der Unterstation kann in Form von erhalten werden:

• 2-Draht oder
• 3-Draht für die Verteilung

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2.2.1 2-Draht-Gleichstromsystem

Wie der Name schon sagt, besteht dieses Verteilungssystem aus zwei Drähten (+ und -). Eine ist die ausgehende oder positive draht und die andere ist die rückkehr oder negative draht. Die Lasten wie Lampen, Motoren etc. sind zwischen den beiden Drähten parallel geschaltet.

Dieses System wird aufgrund seines geringen Wirkungsgrades niemals für Übertragungszwecke verwendet, kann jedoch zur Verteilung von Gleichstrom verwendet werden.

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2.2.2 3-Leiter-Gleichstromsystem

Es besteht aus zwei äußeren und einem mittleren oder neutralen Draht, der an der Unterstation geerdet ist (siehe Abbildung 5). Die Spannung zwischen den Außenseiten ist doppelt so hoch wie die Spannung zwischen Außen- und Neutralleiter.

Lasten, die eine hohe Spannung benötigen (z. B. Motoren), sind über die Außenleiter geschaltet, während Lampen und Heizkreise, die weniger Spannung benötigen, zwischen Außen- und Neutralleiter geschaltet sind.

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2.3 Gängigste Verteilungsanordnungen

2.3.1 Radialsystem

Bei diesem System strahlen separate Speiser von einer einzigen Unterstation aus und speisen die Verteiler nur an einem Ende. Ein einzelnes Liniendiagramm eines radialen Verteilungssystems ist in Abbildung 6 dargestellt. Das Radialsystem wird bei Niederspannung eingesetzt und das Umspannwerk befindet sich in der Mitte der Last.

Dies ist die einfachste Verteilungsschaltung und hat die niedrigsten Anschaffungskosten.

Es weist jedoch die folgenden Nachteile auf.

1. Das Ende des Verteilers, das dem Einspeisepunkt am nächsten liegt, wird stark belastet.
2. Die Verbraucher sind auf eine einzige Zuführung und einen einzigen Verteiler angewiesen.
   Daher unterbricht jeder Fehler am Einspeiser oder Verteiler die Versorgung der Verbraucher, die sich auf der von der Unterstation entfernten Seite des Fehlers befinden.
3. Die Verbraucher am entfernten Ende des Verteilers würden starken Spannungsschwankungen ausgesetzt sein, wenn sich die Belastung des Verteilers ändert.

Aufgrund dieser Einschränkungen wird dieses System nur für kurze Strecken verwendet. Das Radialsystem kann durch die Einführung weiterer Laterale und Sub-Laterale erweitert werden.

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2.3.2 Ringhauptsystem

In diesem System bilden die Primärkreise von Verteiltransformatoren eine Schleife. Der Schleifenkreis beginnt an den Sammelschienen der Umspannstation, führt eine Schleife durch den zu versorgenden Bereich und kehrt zur Umspannstation zurück.

Das Einzelliniendiagramm des Hauptsystems ist in Abbildung 7 dargestellt.

Das Ring-Hauptsystem hat folgende Vorteile:

1. An den Verbraucherklemmen treten weniger Spannungsschwankungen auf.
2. Das System ist sehr zuverlässig, da jeder Verteiler über zwei Feeder gespeist wird. Im Falle eines Fehlers an einem beliebigen Abschnitt der Zuführung wird die Kontinuität der Versorgung aufrechterhalten.

Angenommen, ein Fehler tritt an einem beliebigen Abschnitt der Zuführung auf. Dann kann der fehlerhafte Abschnitt der Zuführung für Reparaturen isoliert werden und gleichzeitig wird die Kontinuität der Versorgung aller Verbraucher über die andere Zuführung aufrechterhalten.

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2.3.3 Miteinander verbundene Stromversorgungssysteme

Wenn der Speisering von zwei oder mehr als zwei Quellen gespeist wird, spricht man von einem miteinander verbundenen System. Das Einzelliniendiagramm des Verbundsystems ist in Abbildung 8 unten dargestellt.

Das Stromverbundsystem hat folgende Vorteile:

1. Es erhöht die Betriebssicherheit.
2. Jede Fläche, die während der Spitzenlastzeiten von einem Kraftwerk gespeist wird, kann vom anderen Kraftwerk gespeist werden. Dies reduziert die Reserveleistungskapazität und erhöht die Effizienz des Systems.

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3. Spannungsabfallberechnung im Gleichstromsystem

Der Spannungsabfall im Verteilungssystem wird nach dem Ohm’schen Gesetz berechnet. Betrachten wir ein einfaches Do-Radialverteilungssystem, wie in Abbildung 9 gezeigt.

Das System hat konzentrierte Last Ia, Ib, Ic, Id und Ie am Lastpunkt A, B, C, D und E beziehungsweise. Der Widerstand des unterschiedlichen Abschnitts ist in der Abbildung 5 oben gezeigt worden.

Der Speiser wird am Punkt O gespeist. Lassen Sie die Spannungen an verschiedenen Knoten Va, Vb, Vc, Vd und Ve sein und der Speiser wird mit der Spannung Vo gespeist . Daher ist der Spannungsabfall gegeben durch:

VDTotal =VDOA + VDAB +VDBC + VDCD + VDDE

Stromfluss in Abschnitten:

• Der Stromfluss im Abschnitt ‚OA‘ ist: Ioa = Ia + Ib + Ic + Id + Ie
• Der Stromfluss im Abschnitt ‚AB‘ ist: Iab = Ib + Ic + Id + Ie
• Der Stromfluss im Abschnitt ‚BC‘ ist: Ibc = Ic + Id + Ie
• Der im Abschnitt ‚CD‘ fließende Strom ist: Icd = Id + Ie
• Der im Abschnitt ‚DE‘ fließende Strom ist: Ide = Ie

Der gesamte Spannungsabfall ist daher gegeben durch:

VDTotal = IoaRoa + IabRab + IbcRbc + IcdRcd + IdeRde

Wenn die Last gleichmäßig ist, wird der Spannungsabfall für eine sehr kleine Länge des Speisers wie dx berechnet und dann über die gesamte Länge integriert.

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4. Anforderungen an ein gutes Verteilungssystem

Es ist ein erheblicher Aufwand erforderlich, um eine Stromversorgung innerhalb der Anforderungen verschiedener Verbrauchertypen aufrechtzuerhalten. Einige der Anforderungen an ein gutes Verteilungssystem sind:

• Richtige Spannung,
• Verfügbarkeit von Strom bei Bedarf und
• Zuverlässigkeit.

Richtige Spannung

Eine wichtige Anforderung an ein Verteilungssystem ist, dass die Spannungsschwankungen an den Verbraucherklemmen so gering wie möglich sein sollten. Die Spannungsänderungen werden im Allgemeinen durch die Variation der Belastung des Systems verursacht. Niederspannung führt zu Umsatzeinbußen, ineffizienter Beleuchtung und möglichem Durchbrennen des Motors.

Hohe Spannung führt dazu, dass Lampen dauerhaft durchbrennen und andere Geräte ausfallen können.

Wenn also die angegebene Spannung 230 V beträgt, sollte die höchste Spannung des Verbrauchers 242 V nicht überschreiten, während die niedrigste Spannung des Verbrauchers nicht unter 218 V liegen sollte.

Verfügbarkeit von Strom bei Bedarf

Den Verbrauchern muss Strom in jeder Menge zur Verfügung stehen, die sie von Zeit zu Zeit benötigen. Zum Beispiel können Motoren gestartet oder abgeschaltet werden, Lichter können ein- oder ausgeschaltet werden, ohne das Stromversorgungsunternehmen vorher zu warnen. Da elektrische Energie nicht gespeichert werden kann, muss das Verteilungssystem daher in der Lage sein, die Lastanforderungen der Verbraucher zu erfüllen.

Dies erfordert, dass das Betriebspersonal kontinuierlich Lastmuster studieren muss, um im Voraus jene großen Laständerungen vorherzusagen, die den bekannten Zeitplänen folgen.

Zuverlässigkeit

Die moderne Industrie ist für ihren Betrieb fast auf elektrische Energie angewiesen. Häuser und Bürogebäude werden mit Strom beleuchtet, beheizt, gekühlt und belüftet. Dies erfordert einen zuverlässigen Service.

Die Zuverlässigkeit kann jedoch erheblich verbessert werden durch:

1. Verbundsystem
2. Zuverlässiges automatisches Steuerungssystem
3. Bereitstellung zusätzlicher Reservemöglichkeiten.

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5. Überlegungen zum Design

Eine gute Spannungsregelung eines Verteilungsnetzes ist wahrscheinlich der wichtigste Faktor für die Bereitstellung eines guten Service für die Verbraucher. Zu diesem Zweck erfordert die Konstruktion von Speisern und Verteilern eine sorgfältige Prüfung.

Feeder

Ein Feeder ist unter dem Gesichtspunkt seiner Strombelastbarkeit ausgelegt, während die Berücksichtigung des Spannungsabfalls relativ unwichtig ist. Dies liegt daran, dass der Spannungsabfall in einer Einspeisung durch Spannungsregeleinrichtungen an der Unterstation ausgeglichen werden kann.

Verteiler

Ein Verteiler ist unter dem Gesichtspunkt des Spannungsabfalls ausgelegt. Dies liegt daran, dass ein Verteiler die Verbraucher mit Strom versorgt und die Spannungsschwankungen an den Verbraucherklemmen gesetzlich begrenzt sind (± 6% des Nennwerts).

Die Größe und Länge des Verteilers sollte so sein, dass die Spannung an den Verbraucherklemmen innerhalb der zulässigen Grenzen liegt.

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