محتویات مقاله
انواع سیستم‌های توزیع برق
سیستم قدرت الکتریکی به سه بخش طبقه‌بندی می‌شود: تولید، انتقال و توزیع. برق در نیروگاه‌ها تولید می‌شود. در اغلب موارد، نیروگاه‌ها دور از مراکز بارگذاری قرار می‌گیرند. از این رو، خط انتقال برای انتقال برق در مسافت‌های طولانی به کار می‌رود. برای کاهش تلفات انتقال، از توان فشار قوی در خط انتقال استفاده می‌شود و سطح ولتاژ در مرکز بار کاهش می‌یابد. توان توسط یک سیستم توزیع به بارها توزیع می‌شود.
سیستم توزیع به شرح زیر طبقه‌بندی می‌شود:
1) با توجه به ماهیت عرضه
- سیستم توزیع AC
- سیستم توزیع DC
2) با توجه به نوع اتصال
- سیستم شعاعی
- سیستم حلقوی
- سیستم به هم پیوسته
3) با توجه به ساختار
- سیستم هوایی
- سیستم زیرزمینی
طبقه‌بندی بر اساس ماهیت عرضه
در حالت کلی، به زبان ساده، دو نوع برق وجود دارد: برق AC و برق DC. با توجه به نوع برق مورد استفاده، سیستم‌های توزیع به دو نوع سیستم توزیع AC و سیستم توزیع DC تقسیم می‌شوند.
سیستم توزیع AC
در اغلب موارد، مصرف‌کننده برق یا بار به برق AC نیاز دارد. بنابراین، توان الکتریکی به صورت برق متناوب تولید، انتقال و توزیع می‌شود، زیرا ولتاژ AC را می‌توان به راحتی با کمک ترانسفورماتور بالا و پایین برد.
با توجه به سطح ولتاژ، سیستم توزیع AC بیشتر به دو نوع طبقه‌بندی می‌شود:
- سیستم توزیع اولیه
- سیستم توزیع ثانویه
سیستم توزیع اولیه
سطح ولتاژ یک سیستم توزیع اولیه بالاتر از سطح ولتاژ بار است. در اکثر موارد، سیستم توزیع اولیه از یک سیستم سه‌سیمه سه‌فاز بهره می‌برد و سطح ولتاژ آن در محدوده 3.3 کیلوولت، 6.6 کیلوولت و 11 کیلوولت است.
سیستم توزیع اولیه برق مصرف‌کنندگان بزرگ مانند صنایع یا مجتمع‌های تجاری بزرگ و غیره را تأمین می‌کند. اندازه ولتاژ در سطح بهره‌برداری توسط یک ترانسفورماتور کاهنده کاهش می‌یابد. این ترانسفورماتور در نزدیکی محل مصرف‌کننده قرار می‌گیرد.
آرایش معمولی یک سیستم توزیع اولیه در شکل زیر نشان داده شده است.
سیستم توزیع ثانویه
در یک سیستم توزیع ثانویه، توان در سطح بهره‌برداری توزیع می‌شود. سیستم توزیع اولیه به یک ترانسفورماتور ختم می‌شود که برای تبدیل ولتاژ 11 کیلوولت به ۴۰۰ ولت به کار می‌رود و این توان مستقیماً بین مصرف‌کنندگان کوچک توزیع می‌شود.
در اغلب موارد، سیم‌پیچ اولیه این ترانسفورماتور دارای اتصال مثلث و سیم‌پیچ ثانویه دارای اتصال ستاره است تا ترمینال زمین نیز در نظر گرفته شود. بنابراین، سیستم توزیع ثانویه از سیستم چهارسیمه سه‌فاز تشکیل شده است.
این سیستم، یک منبع تغذیه تک‌فاز را با داشتن هر فاز با یک ترمینال خنثی فراهم می‌کند که ولتاژ 230 ولت یا 120 ولت (طبق استانداردهای کشورهایی مانند آمریکا) را به بارها ارائه می‌کند. برای خانه‌ها و مغازه‌های کوچک از سیستم تک‌فاز استفاده می‌شود.
برخی از مصرف‌کنندگان مانند صنایع کوچک، کارخانه‌ها و… به برق سه‌فاز نیاز دارند. این مصرف‌کننده‌ها با استفاده از پایانه‌های R، Y، B و N از منبع تغذیه سه‌فاز استفاده می‌کنند. ترتیب شبکه توزیع ثانویه در شکل زیر نشان داده شده است.
سیستم توزیع DC
بیشتر بارهای متصل به سیستم قدرت، بار متناوب هستند. اما موارد خاصی وجود دارد که در آن‌ها به برق DC نیاز داریم. برای تحقق این موارد از برق DC در سیستم توزیع استفاده می‌شود که این سیستم به سیستم توزیع DC معروف است.
در این شرایط، برق AC تولیدشده با کمک یکسوکننده یا مبدل چرخشی به برق DC تبدیل می‌شود. مواردی که در آن‌ها به برق DC نیاز داریم عبارت‌اند از: کشش، موتورهای DC، شارژ باتری و آبکاری.
با توجه به نوع اتصال، سیستم DC به دو دسته طبقه‌بندی می‌شود:
- سیستم توزیع دوسیمه DC
- سیستم توزیع سه‌سیمه DC
سیستم توزیع DC دوسیمه
این نوع سیستم توزیع تنها به دو سیم نیاز دارد. یک سیم در سطح پتانسیل مثبت و سیم دوم در سطح پتانسیل منفی یا صفر قرار دارد. سیم مثبت به عنوان سیم سالم یا گرم شناخته می‌شود.
بار به صورت موازی بین دو خط متصل می‌شود. به طور کلی، بار متصل در این سیستم، لامپ یا موتور است و تنها دارای دو ترمینال است که می‌تواند به این نوع سیستم متصل شود. نمودار اتصال این سیستم در شکل زیر نشان داده شده است.
سیستم توزیع DC سه‌سیمه
این نوع سیستم توزیع به سه سیم نیاز دارد. دو سیم گرم و یک سیم خنثی است. مزیت اصلی این سیستم این است که در آن دو سطح ولتاژ داریم.
دو سیم گرم در سطح ولتاژ +V و -V هستند. سیم خنثی دارای پتانسیل صفر است. اگر بار بین یک سیم گرم و یک سیم خنثی وصل شود، ولتاژ موجود V ولت خواهد بود. و اگر بار بین هر دو سیم گرم وصل شود، ولتاژ موجود 2V ولت است.
از این رو، وقتی بار نیاز به ولتاژ بالاتری دارد، بین سیم‌های گرم وصل می‌شود، و هنگامی که بار به ولتاژ کمتری نیاز دارد بین یک سیم گرم و یک سیم خنثی قرار می‌گیرد. نمودار اتصال یک سیستم توزیع سه‌سیمه مطابق شکل زیر است.
همچنین می‌توانید مطالعه کنید:
طبقه‌بندی بر اساس نوع اتصال
سیستم توزیع با توجه به روش اتصال به سه دسته طبقه‌بندی می‌شود:
- سیستم شعاعی
- سیستم حلقوی
- سیستم به هم پیوسته (مش)
سیستم شعاعی
در سیستم شعاعی از یک فیدر مجزا برای تغذیه برق از پست به هر منطقه استفاده می‌شود و این فیدر فقط در یک جهت برق را به توزیع‌کننده می‌دهد. طراحی سیستم شعاعی ساده و آسان است.
هزینه اولیه این سیستم نسبت به سایر سیستم‌ها کمتر، اما قابلیت اطمینان آن بسیار پایین است. اگر یکی از فیدرها از وضعیت کاری خارج شود، کل سیستم متوقف می‌شود. این نوع سیستم فقط برای توزیع در فواصل کوتاه استفاده می‌شود.
مصرف‌کننده دور از فیدر ممکن است از تنظیم ضعیف ولتاژ و نوسانات ولتاژ با تغییر بار دچار مشکل شود. با توجه به این مورد، از این نوع سیستم فقط برای تأمین باری که نزدیک فیدر است استفاده می‌شود. نمودار تک خطی سیستم شعاعی در شکل زیر نشان داده شده است.
سیستم حلقوی
در سیستم حلقوی، ترانسفورماتور توزیع به صورت حلقه‌ای متصل شده و از یک طرف توسط یک پست تغذیه می‌شود. این بدان معناست که هر ترانسفورماتور توزیع دو راه مختلف برای اتصال به پست دارد. نمودار تک خطی سیستم حلقوی در شکل زیر نشان داده شده است.
می‌توانیم این آرایش را با دو فیدر که به صورت موازی به هم متصل شده‌اند مقایسه کنیم. به عنوان مثال، اگر خطایی بین نقاط B و C رخ دهد، بخش بین B و C از سیستم جدا می‌شود و پست برق از دو مسیر مختلف تغذیه خواهد شد.
این ویژگی سیستم را قابل‌اطمینان‌تر می‌کند و نوسانات ولتاژ کمتری در سمت مصرف‌کننده وجود خواهد داشت. هر قسمت از حلقه جریان کمتری در مقایسه با حالت شعاعی دارد؛ بنابراین، مواد هادی کمتری در مقایسه با سیستم شعاعی مورد نیاز است.
سیستم توزیع به هم پیوسته
در یک سیستم توزیع به هم پیوسته، یک حلقه توسط بیش از یک پست در نقاط مختلف تغذیه می‌شود. این سیستم به عنوان سیستم توزیع شبکه نیز شناخته می‌شود. نمودار تک خطی سیستم به هم پیوسته در شکل زیر نشان داده شده است.
همان‌طور که در شکل بالا نشان داده شده است، حلقه ABCDEFGHA توسط دو پست در نقاط A و E تغذیه می‌شود که به دلیل این نوع آرایش، قابلیت اطمینان سیستم نسبت به سیستم حلقوی و شعاعی افزایش می‌یابد.
طراحی سیستم به هم پیوسته بسیار دشوار است و هزینه اولیه سیستم نیز بالا است، زیرا تعداد پست‌های بیشتری در یک سیستم مورد نیاز است. اما این سیستم از مزیت کیفیت برق خوب و سیستم کارآمدتر برخوردار است. همچنین، ظرفیت ذخیره انرژی را کاهش می‌دهد.
طبقه‌بندی بر اساس نوع ساخت
با توجه به ساخت، سیستم توزیع به دو نوع طبقه‌بندی می‌شود:
- سیستم توزیع زمینی
- سیستم توزیع هوایی
سیستم توزیع زمینی
همان‌طور که از نام آن پیداست، در این نوع سیستم هادی‌ها در زیر سطح خیابان‌ها یا پیاده‌روها قرار می‌گیرند. سیستم توزیع زمینی ایمن‌تر از سیستم توزیع هوایی است، اما هزینه اولیه سیستم زمینی بسیار زیاد است، زیرا نیاز به ترانشه، مجرا، منهول و کابل‌های مخصوص دارد.
با توجه به اینکه کابل‌ها در زیر زمین قرار می‌گیرند، احتمال خطای کمتری وجود دارد و به دلیل نامرئی بودن کابل‌ها ظاهر خوبی در نمای شهر به وجود می‌آید. هنگامی که یک خطا در سیستم زمینی رخ می‌دهد، مکان‌یابی و همچنین تعمیر آن دشوار است. عمر یک سیستم زمینی بسیار طولانی و بیش از ۵۰ سال است.
سیستم توزیع هوایی
در سیستم توزیع هوایی، هادی‌ها روی تیرهای چوبی، بتنی یا فولادی نصب می‌شوند. این سیستم به عنوان یک سیستم رایج برای شبکه توزیع نیز شناخته می‌شود. در سیستم هوایی، هادی روی تیر قرار می‌گیرد و به همین دلیل، احتمال خطا و خطرات در مقایسه با سیستم توزیع زمینی بیشتر است.
هزینه اولیه سیستم توزیع هوایی کمتر از سیستم توزیع زمینی است. همچنین، سیستم انتقال هوایی در مقایسه با سیستم زمینی انعطاف‌پذیرتر است، زیرا این سیستم پس از نصب به صورت دائمی قرار می‌گیرد. از این رو، توسعه بار و ایجاد یک خط جدید آسان است. هادی‌ها در این سیستم قابل مشاهده هستند، بنابراین ظاهر این سیستم چندان مناسب نیست.
در سیستم توزیع هوایی، هادی‌ها با فاصله مناسب از هم قرار می‌گیرند. از این رو، هوا به عنوان یک محیط عایق استفاده می‌شود و بنابراین، نیازی به کابل‌های عایق‌بندی‌شده خاص وجود ندارد. ظرفیت حمل جریان سیستم هوایی در مقایسه با سیستم زمینی بیشتر است.
نصب سیستم توزیع هوایی آسان است. همچنین، هنگامی که یک خطا رخ می‌دهد، به راحتی می‌توان آن را شناسایی و تعمیر کرد. از این رو، هزینه نگهداری سیستم هوایی بسیار کمتر است. یکی از جنبه‌های منفی سیستم توزیع هوایی این است که احتمال تداخل با یک سیستم ارتباطی وجود دارد. عمر مفید یک سیستم سربار بیش از ۲۵ سال است.
منبع: Electrical Technology
