przenoszenie energii elektrycznej AC/DC

systemy dystrybucji energii elektrycznej są istotną częścią systemu elektroenergetycznego. W celu przeniesienia energii elektrycznej ze źródła prądu przemiennego (AC) lub prądu stałego (DC) do miejsca, w którym będzie ona używana, należy wykorzystać pewien rodzaj sieci dystrybucyjnej.

metoda dystrybucji energii z miejsca, w którym jest wytwarzana, do miejsca, w którym jest używana, może być dość prosta. Bardziej złożone systemy dystrybucji energii są wykorzystywane do przesyłania energii elektrycznej z elektrowni do przemysłu, domów i budynków komercyjnych.

spis treści:

1. ogólne systemy dystrybucji
2. Klasyfikacja
   1. Dystrybucja AC
      1. pierwotny system dystrybucji
      2. wtórny system dystrybucji
   2. Dystrybucja DC
      1. 2-przewodowy system DC
      2. 3-przewodowy system DC
   3. najczęściej spotykane układy dystrybucji
      1. układ promieniowy
      2. pierścieniowy system główny
      3. połączone systemy zasilania
3. obliczanie spadku napięcia w układzie DC
4. wymagania dobrego systemu dystrybucyjnego
5. rozważania projektowe

systemy dystrybucyjne ogólnie

systemy dystrybucyjne zazwyczaj wykorzystują takie urządzenia jak transformatory, wyłączniki i urządzenia zabezpieczające. Oryginalny system dystrybucji energii elektrycznej opracowany przez Thomasa Edisona był podziemnym systemem prądu stałego (DC).

na ogół składa się z podajników, dystrybutorów. Schemat jednowierszowy typowego systemu dystrybucji przedstawiono na fig.1.

zasadniczo można powiedzieć, że część systemu elektroenergetycznego, która dystrybuuje energię elektryczną do użytku lokalnego, jest znana jako system dystrybucji energii elektrycznej.

podajniki

podajnik jest przewodnikiem, który łączy podstację (lub zlokalizowaną elektrownię) z obszarem, w którym ma być dystrybuowana moc. Ogólnie rzecz biorąc, z podajnika nie pobiera się żadnych pobrań, aby prąd w nim pozostawał taki sam przez cały czas (ryc. 2).

głównym czynnikiem przy projektowaniu podajnika jest nośność prądowa.

Dystrybutor

Dystrybutor jest przewodnikiem, z którego pobierane są Gwintowniki w celu dostarczenia do odbiorców. Prąd przepływający przez rozdzielacz nie jest stały, ponieważ gwintowanie odbywa się w różnych miejscach wzdłuż jego długości.

sieć serwisowa

maim serwisowy to na ogół mały kabel, który łączy dystrybutora z terminalami konsumentów.

wróć do treści

2. Klasyfikacja

system dystrybucji może być klasyfikowany według:

w zależności od rodzaju prądu, system dystrybucji może być klasyfikowany jako:

• system dystrybucji prądu stałego (DC)
• alternatywny system dystrybucji prądu (AC).

obecnie system AC jest powszechnie stosowany do dystrybucji energii elektrycznej, ponieważ jest prostszy i bardziej ekonomiczny niż metoda prądu stałego.

zgodnie ze schematem przyłączenia, układ rozdzielczy można sklasyfikować jako:

1. układ promieniowy
2. układ pierścieniowy główny
3. układ Międzysystemowy.

każdy program ma swoje zalety i wady.

wróć do treści

2.1 Dystrybucja prądu przemiennego

obecnie energia elektryczna jest wytwarzana, przesyłana i dystrybuowana w postaci prądu przemiennego. Jednym z ważnych powodów powszechnego stosowania prądu przemiennego zamiast prądu stałego jest fakt, że napięcie przemienne można wygodnie zmieniać w wielkości za pomocą transformatora.

nie ma określonej linii między transmisją a dystrybucją w zależności od napięcia lub pojemności zbiorczej. Linia ta różni się również w zależności od kraju.

jednak ogólnie system dystrybucji prądu przemiennego jest układem elektrycznym między podstacją schodową zasilaną przez system przesyłowy a licznikami konsumentów (Rysunek 3).

system dystrybucji AC dzieli się na:

1. pierwotny system dystrybucji i
2. wtórny system dystrybucji.

wróć do treści

2.1.1 pierwotny system dystrybucji

jest to ta część systemu dystrybucji prądu przemiennego, która działa przy napięciach nieco wyższych niż ogólne wykorzystanie i obsługuje duże bloki energii elektrycznej niż przeciętny konsument niskonapięciowy (Rysunek 4).

Po wzglÄ ™ dem ekonomicznym, Dystrybucja pierwotna odbywa siÄ ™ za pomocÄ … systemu 3-fazowego, 3-przewodowego.

energia elektryczna z elektrowni jest przesyłana pod wysokim napięciem do podstacji zlokalizowanej w mieście lub w jego pobliżu. W tej podstacji napięcie jest obniżane do 11 kV za pomocą transformatora schodkowego.

zasilanie jest dostarczane do różnych podstacji w celu dystrybucji lub do dużych odbiorców pod tym napięciem. Tworzy to rozkład wysokiego napięcia lub rozkład pierwotny.

wróć do treści

2.1.2 system dystrybucji wtórnej

jest to ta część systemu dystrybucji prądu przemiennego, która obejmuje zakres napięć, przy których konsument końcowy wykorzystuje dostarczoną mu energię elektryczną.

Dystrybucja wtórna wykorzystuje układ 400/230 V, 3-fazowy, 4-przewodowy. Pierwotny Obwód dystrybucyjny dostarcza moc do różnych podstacji, zwanych podstacjami dystrybucyjnymi.

napięcie pomiędzy dowolnymi dwoma fazami wynosi 400 V, a pomiędzy dowolną fazą a fazą neutralną wynosi 230 V (rys. 5).

jednofazowe obciążenia domowe są połączone między dowolnym jednofazowym a neutralnym, podczas gdy 3-fazowy silnik 400 V, obciążenia transformatora mocy są połączone bezpośrednio na liniach 3-fazowych.

wróć do treści

2.2 Dystrybucja PRĄDU STAŁEGO

powszechnie wiadomo, że energia elektryczna jest prawie wyłącznie wytwarzana, przesyłana i dystrybuowana jako prąd przemienny, jednak w niektórych zastosowaniach zasilanie prądem stałym jest absolutnie konieczne.

na przykład zasilanie prądem stałym jest wymagane do pracy maszyn o zmiennej prędkości obrotowej (np. silników prądu stałego), do prac elektrochemicznych i do zatłoczonych obszarów, w których niezbędne są rezerwy akumulatorów.

zasilacz PRĄDU STAŁEGO stacja może być uzyskana w postaci:

• 2-przewodowy lub
• 3-przewodowy do dystrybucji

wróć do spisu treści

2.2.1 2-przewodowy system PRĄDU STAŁEGO

jak sama nazwa wskazuje, ten system dystrybucji składa się z dwóch przewodów (+ i -). Jednym z nich jest przewód Wychodzący lub dodatni, a drugim jest przewód powrotny lub ujemny. Obciążenia takie jak lampy, silniki itp. są połączone równolegle między dwoma przewodami.

Ten system nigdy nie jest używany do celów transmisyjnych ze względu na niską wydajność, ale może być stosowany do dystrybucji prądu stałego.

wróć do spisu treści

system 2.2.2 3-przewodowy DC

składa się z dwóch zewnętrznych i środkowego lub neutralnego przewodu uziemionego w podstacji (patrz rysunek 5). Napięcie między zewnętrznymi jest dwukrotnie większe niż napięcie między przewodem zewnętrznym i neutralnym.

obciążenia wymagające wysokiego napięcia (np. silniki) są podłączone Na zewnątrz, podczas gdy lampy i obwody grzewcze wymagające mniej napięcia są podłączone między zewnętrznym a neutralnym.

wróć do treści

2.3 najczęstsze układy dystrybucji

2.3.1 układ promieniowy

w tym systemie oddzielne podajniki promieniują z jednej podstacji i zasilają dystrybutory tylko na jednym końcu. Schemat pojedynczej linii radialnego układu dystrybucji przedstawiono na fig. 6. Układ promieniowy jest wykorzystywany przy niskim napięciu, a Podstacja znajduje się w środku obciążenia.

jest to najprostszy Obwód dystrybucji i ma najniższy koszt początkowy.

jednak ma on następujące wady.

1. końcówka dystrybutora najbliższa punktowi podawania będzie mocno obciążona.
2. konsumenci są zależni od jednego podajnika i jednego dystrybutora.
   
   dlatego każda usterka na podajniku lub dystrybutorze odcina dostawy do konsumentów, którzy są po stronie usterki z dala od podstacji.
3. konsumenci na odległym końcu dystrybutora będą narażeni na poważne wahania napięcia, gdy obciążenie dystrybutora ulegnie zmianie.

ze względu na te ograniczenia system ten jest używany tylko na krótkich dystansach. System promieniowy może być rozszerzony poprzez wprowadzenie większej liczby bocznych i sub-bocznych.

wróć do spisu treści

2.3.2 układ główny pierścieniowy

w tym układzie pierwotne transformatory dystrybucyjne tworzą pętlę. Obwód pętli rozpoczyna się od szyn magistralnych podstacji, wykonuje pętlę przez obszar, który ma być obsługiwany, i powraca do podstacji.

schemat jednowierszowy układu głównego pierścienia przedstawiono na fig.7.

układ główny pierścienia ma następujące zalety:

1. na zaciskach konsumenta występują mniejsze wahania napięcia.
2. system jest bardzo niezawodny, ponieważ każdy dystrybutor jest zasilany przez dwa podajniki. W przypadku awarii na dowolnym odcinku podajnika zachowana jest ciągłość zasilania.

Załóżmy na przykład, że błąd występuje w dowolnej sekcji podajnika. Następnie uszkodzona sekcja podajnika może być izolowana w celu naprawy, a jednocześnie ciągłość dostaw jest utrzymywana dla wszystkich konsumentów za pośrednictwem drugiego podajnika.

wróć do spisu treści

2.3.3 połączone systemy zasilania

gdy pierścień zasilający jest zasilany przez dwa lub więcej niż dwa źródła, nazywa się to systemem połączonym. Schemat pojedynczej linii układu połączonego przedstawiono na rysunku 8 poniżej.

połączony system ma następujące zalety:

1. zwiększa niezawodność usług.
2. każdy obszar zasilany z jednej elektrowni w godzinach szczytowego obciążenia może być zasilany z drugiej elektrowni. Zmniejsza to rezerwową moc i zwiększa wydajność systemu.

wróć do treści

3. Obliczanie spadku napięcia w układzie DC

spadek napięcia w układzie dystrybucyjnym oblicza się zgodnie z Prawem Ohm,S. Rozważmy prosty radialny system dystrybucji do, jak pokazano na rysunku 9.

układ ma skoncentrowane obciążenie Ia, Ib, IC, Id i Ie w punkcie obciążenia A,B,odpowiednio C,D i E. Opór różnych sekcji przedstawiono na rysunku 5 powyżej.

podajnik jest podawany w punkcie O. niech napięcia w różnych węzłach to Va, Vb, Vc, VD I Ve, a podajnik jest podawany pod napięciem Vo . Stąd spadek napięcia jest podany przez:

VDTotal =VDOA + VDAB +vdbc + Vdcd + VDDE

prąd płynący w sekcjach:

• prąd płynący w sekcji 'OA’ to: IOA = Ia + Ib + IC + Id + Ie
• prąd płynący w sekcji 'AB’ to: IAB = IB + IC + Id + Ie
• prąd płynący w sekcji ” BC ” to: IBC = IC + Id + Ie
• prąd płynący w sekcji’ CD ’ to: Icd = Id + Ie
• prąd płynący w sekcji 'DE’ to: Ide = Ie

całkowity spadek napięcia jest zatem podany przez:

VDTotal = IOAROA + Iabrab + IbcRbc + IcdRcd + IdeRde

Jeśli obciążenie jest równomierne, to spadek napięcia jest obliczany dla bardzo małej długości podajnika, takiego jak dx, a następnie integruje go na całej długości.

wróć do treści

4. Wymagania dobrego systemu dystrybucyjnego

utrzymanie zasilania elektrycznego w wymaganiach różnych typów odbiorców wymaga znacznych nakładów pracy. Niektóre z wymagań dobrego systemu dystrybucyjnego to:

• prawidłowe napięcie,
• dostępność mocy na żądanie i
• niezawodność.

prawidłowe napięcie

jednym z ważnych wymagań systemu dystrybucyjnego jest to, aby wahania napięcia na zaciskach konsumenta były jak najmniejsze. Zmiany napięcia są zwykle spowodowane zmiennością obciążenia układu. Niskie napięcie powoduje utratę dochodów, nieefektywne oświetlenie i możliwe spalanie silnika.

wysokie napięcie powoduje trwałe wypalenie się lamp i może spowodować awarię innych urządzeń.

Tak więc, jeśli deklarowane napięcie wynosi 230 V, to najwyższe napięcie konsumenta nie powinno przekraczać 242 V, podczas gdy najniższe napięcie konsumenta nie powinno być mniejsze niż 218 V.

dostępność zasilania na żądanie

zasilanie musi być dostępne dla konsumentów w dowolnej ilości, jakiej mogą wymagać od czasu do czasu. Na przykład silniki mogą być uruchamiane lub wyłączane, światła mogą być włączane lub wyłączane bez wcześniejszego powiadomienia firmy dostarczającej energię elektryczną. Ponieważ energia elektryczna nie może być przechowywana, dlatego system dystrybucyjny w większości jest w stanie zaspokoić zapotrzebowanie konsumentów na ładunek.

wymaga to, że personel operacyjny musi stale badać wzorce obciążenia, aby przewidzieć z wyprzedzeniem te główne zmiany obciążenia, które postępują zgodnie ze znanymi harmonogramami.

niezawodność

nowoczesny przemysł jest prawie zależny od energii elektrycznej dla jego działania. Domy i budynki biurowe są oświetlone, ogrzewane, chłodzone i wentylowane energią elektryczną. Wymaga to niezawodnej obsługi.

jednak niezawodność można w znacznym stopniu poprawić poprzez:

1. połączony system
2. niezawodny automatyczny system sterowania
3. zapewniający dodatkowe zaplecze rezerwowe.

wróć do treści

5. Względy projektowe

dobra regulacja napięcia sieci dystrybucyjnej jest prawdopodobnie najważniejszym czynnikiem odpowiedzialnym za zapewnienie dobrej obsługi odbiorcom. W tym celu projektowanie podajników i dystrybutorów wymaga starannego rozważenia.

podajniki

podajnik jest zaprojektowany z punktu widzenia jego nośności prądowej, podczas gdy spadek napięcia jest stosunkowo nieistotny. Spadek napięcia w podajniku może być kompensowany za pomocą urządzeń regulujących napięcie w podstacji.

Rozdzielacze

rozdzielacz jest zaprojektowany z punktu widzenia spadku napięcia w nim. Wynika to z faktu, że dystrybutor dostarcza energię do odbiorców i istnieje ustawowy limit wahań napięcia na zaciskach konsumenta (±6% wartości znamionowej).

rozmiar i długość rozdzielacza powinny być takie, aby napięcie na zaciskach konsumenta mieściło się w dopuszczalnych granicach.

wróć do treści