Trasferire energia elettrica AC/DC

I sistemi di distribuzione elettrica sono una parte essenziale del sistema di energia elettrica. Al fine di trasferire energia elettrica da una corrente alternata (AC) o una fonte di corrente continua (DC) al luogo in cui verrà utilizzata, è necessario utilizzare un certo tipo di rete di distribuzione.

Il metodo utilizzato per distribuire l’alimentazione da dove viene prodotto per cui viene utilizzato, può essere abbastanza semplice. Vengono utilizzati sistemi di distribuzione di energia più complessi, per trasferire energia elettrica dalla centrale elettrica alle industrie, alle case e agli edifici commerciali.

Contenuto:

1. sistemi di Distribuzione in generale
2. Classificazione
   1. distribuzione AC
      1. distribuzione Primaria del sistema
      2. distribuzione Secondaria del sistema
   2. distribuzione DC
      1. 2-fili DC di sistema
      2. 3-fili DC di sistema
   3. la Maggior parte dei comuni, accordi di distribuzione
      1. Sistema di Radiali
      2. Anello principale di sistema
      3. Interconnesso di sistemi di alimentazione
3. calcoli di calo di Tensione in DC di sistema
4. Requisiti di un buon sistema di distribuzione
5. Design considerazioni

Sistemi di distribuzione in generale

I sistemi di distribuzione di solito impiegano apparecchiature come trasformatori, interruttori automatici e dispositivi di protezione. Il sistema di distribuzione elettrica originale sviluppato da Thomas Edison era un sistema sotterraneo a corrente continua (DC).

Generalmente consiste di alimentatori, distributori. Il diagramma a linea singola di un tipico sistema di distribuzione è mostrato nella Figura 1.

Fondamentalmente si può dire, che la parte del sistema di potere che distribuisce energia elettrica per uso locale è noto come sistema di distribuzione.

Alimentatori

Un alimentatore è un conduttore che collega la sottostazione (o stazione generatrice localizzata) all’area in cui deve essere distribuita la potenza. In generale, non vengono prelevate prese dall’alimentatore in modo che la corrente in esso rimanga la stessa in tutto (Figura 2).

La considerazione principale nella progettazione di un alimentatore è la capacità di carico corrente.

Distributore

Un distributore è un conduttore da cui prese sono presi per la fornitura ai consumatori. La corrente attraverso un distributore non è costante perché le prese sono prese in vari punti lungo la sua lunghezza.

Rete di servizio

Un servizio maim è generalmente un piccolo cavo che collega il distributore ai terminali dei consumatori.

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2. Classificazione

Un sistema di distribuzione può essere classificato secondo:

In base alla natura della corrente, il sistema di distribuzione può essere classificato come:

• Sistema di distribuzione a corrente continua (DC)
• Sistema di distribuzione a corrente alternativa (AC).

Now-a-days, il sistema AC è universalmente adottato per la distribuzione di energia elettrica in quanto è più semplice e più economico del metodo a corrente continua.

Secondo lo schema di connessione, il sistema di distribuzione può essere classificato come:

1. Sistema radiale
2. Sistema principale ad anello
3. Sistema interconnesso.

Ogni schema ha i suoi vantaggi e svantaggi.

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2.1 Distribuzione AC

Ora-a-giorni l’energia elettrica viene generata, trasmessa e distribuita sotto forma di corrente alternata. Un motivo importante per l’uso diffuso della corrente alternata in preferenza alla corrente continua è il fatto che la tensione alternata può essere convenientemente cambiata in grandezza per mezzo di un trasformatore.

Non esiste una linea definita tra trasmissione e distribuzione in base alla tensione o alla capacità di massa. Questa linea varia anche da paese a paese.

Tuttavia, in generale, il sistema di distribuzione AC è l’impianto elettrico tra la sottostazione step-down alimentata dal sistema di trasmissione e i contatori dei consumatori (Figura 3).

Il sistema di distribuzione AC è classificato in:

1. Sistema di distribuzione primaria e
2. Sistema di distribuzione secondaria.

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2.1.1 Sistema di distribuzione primario

È quella parte del sistema di distribuzione CA che funziona a tensioni leggermente superiori all’utilizzo generale e gestisce grandi blocchi di energia elettrica rispetto agli usi medi dei consumatori a bassa tensione (Figura 4).

Uno a considerazioni economiche, distribuzione primaria viene effettuata da 3 fasi, sistema a 3 fili.

L’energia elettrica proveniente dalla centrale di generazione viene trasmessa ad alta tensione alla sottostazione situata nella città o nelle sue vicinanze. In questa sottostazione, la tensione viene ridotta a 11 kV con l’aiuto del trasformatore step-down.

L’alimentazione viene fornita a varie sottostazioni per la distribuzione o ai grandi consumatori a questa tensione. Questo forma la distribuzione ad alta tensione o distribuzione primaria.

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2.1.2 distribuzione Secondaria del sistema

è quella parte di AC sistema di distribuzione che comprende la gamma di tensioni in cui il consumatore finale utilizza l’energia elettrica consegnata a lui.

La distribuzione secondaria impiega 400/230 V, 3 fasi, sistema a 4 fili. Il circuito di distribuzione primario eroga energia a varie sottostazioni, chiamate sottostazioni di distribuzione.

La tensione tra due fasi è 400 V e tra qualsiasi fase e neutro è 230 V (Figura 5).

I carichi domestici monofase sono collegati tra una qualsiasi fase e il neutro, mentre il motore a 3 fasi da 400 V, i carichi del trasformatore di potenza sono collegati direttamente su linee a 3 fasi.

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2.2 Distribuzione DC

È risaputo che l’energia elettrica è quasi esclusivamente generata, trasmessa e distribuita come AC Tuttavia, per alcune applicazioni, l’alimentazione DC è assolutamente necessaria.

Ad esempio, l’alimentazione in corrente continua è necessaria per il funzionamento di macchine a velocità variabile (ad esempio motori in corrente continua), per lavori elettrochimici e per aree congestionate in cui sono necessarie riserve di batterie di accumulo.

L’alimentazione CC hum sottostazione può essere ottenuto in forma di:

• 2 fili o
• 3-wire per la distribuzione

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2.2.1 2-fili DC di sistema

Come suggerisce il nome, questo sistema di distribuzione è costituito da due fili (+ e -). Uno è il filo in uscita o positivo e l’altro è il filo di ritorno o negativo. I carichi come lampade, motori ecc. sono collegati in parallelo tra i due fili.

Questo sistema non viene mai utilizzato per scopi di trasmissione a causa della bassa efficienza, ma può essere impiegato per la distribuzione di corrente continua.

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2.2.2 Sistema CC a 3 fili

È costituito da due fili esterni e da un filo centrale o neutro che viene messo a terra nella sottostazione (vedi Figura 5). La tensione tra le uscite è il doppio della tensione tra filo esterno e neutro.

I carichi che richiedono alta tensione (ad esempio, motori) sono collegati attraverso gli outer, mentre le lampade e i circuiti di riscaldamento che richiedono meno tensione sono collegati tra l’esterno e il neutro.

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2.3 Disposizioni di distribuzione più comuni

2.3.1 Sistema radiale

In questo sistema, alimentatori separati irradiano da un’unica sottostazione e alimentano i distributori ad una sola estremità. Un diagramma a linea singola di un sistema di distribuzione radiale è mostrato nella Figura 6. Il sistema radiale è impiegato a bassa tensione e la sottostazione si trova al centro del carico.

Questo è il circuito di distribuzione più semplice e ha il costo iniziale più basso.

Tuttavia, soffre dei seguenti inconvenienti.

1. L’estremità del distributore più vicino al punto di alimentazione sarà pesantemente caricata.
2. I consumatori dipendono da un unico alimentatore e da un unico distributore.
   
   Pertanto, qualsiasi guasto sull’alimentatore o sul distributore interrompe l’alimentazione ai consumatori che si trovano sul lato del guasto lontano dalla sottostazione.
3. I consumatori all’estremità lontana del distributore sarebbero soggetti a gravi fluttuazioni di tensione quando il carico sul distributore cambia.

A causa di queste limitazioni, questo sistema viene utilizzato solo per brevi distanze. Il sistema radiale può essere esteso introducendo più laterali e sub-laterali.

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2.3.2 Ring main system

In questo sistema, i primari dei trasformatori di distribuzione formano un loop. Il circuito ad anello parte dalle sbarre della sottostazione, fa un anello attraverso l’area da servire e ritorna alla sottostazione.

Il diagramma a linea singola del sistema principale ad anello è mostrato nella Figura 7.

Il sistema principale anello presenta i seguenti vantaggi:

1. Ci sono meno fluttuazioni di tensione ai terminali del consumatore.
2. Il sistema è molto affidabile in quanto ogni distributore viene alimentato tramite due alimentatori. In caso di guasto su qualsiasi sezione dell’alimentatore, viene mantenuta la continuità dell’alimentazione.

Ad esempio, supponiamo che si verifichi un guasto in qualsiasi sezione dell’alimentatore. Quindi la sezione difettosa dell’alimentatore può essere isolata per le riparazioni e allo stesso tempo la continuità dell’alimentazione viene mantenuta a tutti i consumatori tramite l’altro alimentatore.

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2.3.3 Sistemi di alimentazione interconnessi

Quando l’anello di alimentazione è eccitato da due o più sorgenti, viene chiamato sistema interconnesso. Il diagramma a linea singola del sistema interconnesso è mostrato nella Figura 8 qui sotto.

Il sistema interconnesso ha i seguenti vantaggi:

1. aumenta l’affidabilità del servizio.
2. Qualsiasi area alimentata da una stazione di generazione durante le ore di carico di picco può essere alimentata dall’altra stazione di generazione. Ciò riduce la capacità di riserva e aumenta l’efficienza del sistema.

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3. Calcolo della caduta di tensione nel sistema DC

La caduta di tensione nel sistema di distribuzione viene calcolata seguendo Ohm, Legge S. Consideriamo un semplice sistema di distribuzione radiale do come mostrato in Figura 9.

Il sistema sono a carico concentrato Ia, Ib, Ic, Id e Ie al punto di carico A,B,C,D ed e, rispettivamente. La resistenza della sezione diversa è stata mostrata nella Figura 5 sopra.

L’alimentatore viene alimentato al punto O. Lasciare che le tensioni a diversi nodi siano Va, Vb, Vc, Vd e Ve e l’alimentatore sia alimentato alla tensione Vo . Quindi la caduta di tensione è dato da:

VDTotal =VDOA + VDAB +VDBC + VDCD + VDDE

Corrente che scorre in sezioni:

• La corrente che scorre nella sezione ‘OA’ è: Ioa = Ia + Ib + Ic + Id + Ie
• La corrente che scorre nella sezione ‘AB’ è: Iab = Ib + Ic + Id + Ie
• La corrente che scorre nella sezione ‘BC’, è: Ibc = Ic + Id + Ie
• La corrente che scorre nella sezione ‘CD’ è: Icd = Id + Ie
• La corrente che scorre nella sezione ” DE ” è: Ide = Ie

La caduta di tensione totale, dunque, è dato da:

VDTotal = IoaRoa + IabRab + IbcRbc + IcdRcd + IdeRde

Se il carico è uniforme, la caduta di tensione viene calcolata per una lunghezza molto piccola dell’alimentatore come dx e quindi integrata su tutta la lunghezza.

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4. Requisiti di un buon sistema di distribuzione

È necessario uno sforzo considerevole per mantenere un’alimentazione elettrica all’interno delle esigenze di vari tipi di consumatori. Alcuni dei requisiti di un buon sistema di distribuzione sono:

• Tensione corretta,
• Disponibilità di potenza su richiesta e
• Affidabilità.

Tensione corretta

Un requisito importante di un sistema di distribuzione è che le variazioni di tensione ai terminali del consumatore dovrebbero essere il più basse possibile. Le variazioni di tensione sono generalmente causate a causa della variazione del carico sul sistema. La bassa tensione causa perdita di entrate, illuminazione inefficiente e possibile combustione del motore.

Ad alta tensione provoca lampade per bruciare in modo permanente e può causare il guasto di altri apparecchi.

Così, se il dichiarato tensione di 230 V, quindi la tensione più alta del consumatore non deve superare 242 V mentre la tensione più bassa del consumatore non deve essere inferiore a 218 V.

Disponibilità di potenza su richiesta

Alimentazione deve essere disponibile per i consumatori in qualsiasi quantità che essi possono richiedere di volta in volta. Ad esempio, i motori possono essere avviati o spenti, le luci possono essere accese o spente, senza preavviso alla società di fornitura elettrica. Poiché l’energia elettrica non può essere immagazzinata, quindi, il sistema di distribuzione più essere in grado di soddisfare le esigenze di carico dei consumatori.

Ciò richiede che il personale operativo studi continuamente i modelli di carico per prevedere in anticipo le principali variazioni di carico che seguono le pianificazioni note.

Affidabilità

L’industria moderna dipende quasi dall’energia elettrica per il suo funzionamento. Le case e gli edifici per uffici sono illuminati, riscaldati, raffreddati e ventilati da energia elettrica. Ciò richiede un servizio affidabile.

Tuttavia, l’affidabilità può essere migliorata in misura considerevole:

1. Sistema interconnesso
2. Sistema di controllo automatico affidabile
3. Che fornisce ulteriori servizi di riserva.

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5. Considerazioni di progettazione

Una buona regolazione della tensione di una rete di distribuzione è probabilmente il fattore più importante responsabile della fornitura di un buon servizio ai consumatori. A tale scopo, la progettazione di alimentatori e distributori richiede un’attenta considerazione.

Alimentatori

Un alimentatore è progettato dal punto di vista della sua capacità di carico di corrente mentre la considerazione di caduta di tensione è relativamente poco importante. È perché la caduta di tensione in un alimentatore può essere compensata mediante apparecchiature di regolazione della tensione nella sottostazione.

Distributori

Un distributore è progettato dal punto di vista della caduta di tensione in esso. È perché un distributore fornisce energia ai consumatori e c’è un limite legale di variazioni di tensione ai terminali del consumatore (±6% del valore nominale).

Le dimensioni e la lunghezza del distributore devono essere tali che la tensione ai terminali del consumatore sia entro i limiti consentiti.

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