معرفی سیستم توزیع AC

معرفی سیستم توزیع AC:
امروزه انرژی الکتریکی به فرم AC تولید، منتقل و توزیع می شود. یکی از مهم ترین دلایل استفاده گسترده از AC نسبت به DC، این واقعیت است که دامنه ولتاژ متناوب را می توان به سادگی و با استفاده از ترانسفورماتور تغییر داد.

سیستم توزیع AC به دو بخش تقسیم می شود: سیستم توزیع اولیه (Primary distribution system) و سیستم توزیع ثانویه (Secondary distribution system).

سیستم توزیع اولیه:
سیستم توزیع اولیه بخشی از سیستم توزیع AC است که در ولتاژهای بالاتری و برای برق رسانی به واحدهای بزرگ تر با مصرف بیشتر نسبت به مصرف کنندگان ولتاژ ضعیف کاربرد دارد. به این سیستم، سیستم توزیع فشار قوی نیز می گویند. شکل زیر یک پست توزیع فشار قوی را نشان می دهد.

شکل 3: پست توزیع فشار قوی

سیستم توزیع ثانویه:
سیستم توزیع ثانویه سیستمی فشار ضعیف است و در ولتاژ 400 ولت بین دو فاز و 230 ولت بین فاز و نول کار می کند. مدار توزیع اولیه توان را به پست های مختلف توزیع ثانویه تحویل می دهد.

بارهای خانگی تکفاز به فاز و نول متصل هستند، در حالی که بارهای سه فاز، مانند برخی موتورها به فازها متصل می شوند. شکل زیر یک پست توزیع ثانویه را نشان می دهد.

شکل 4: پست توزیع ثانویه

انواع سیستم های توزیع AC:
با توجه به نوع اتصال، سیستم توزیع را می توان به سه دسته تقسیم بندی کرد:

• سیستم شعاعی (Radial System).
• سیستم حلقوی (Ring System).
• سیستم مش (Mesh System).

در ادامه، هر یک از این سیستم ها را معرفی خواهیم کرد.

شبکه توزیع شعاعی:
شبکه توزیع شعاعی رایج ترین پیکربندی مورد استفاده برای شبکه های توزیع توان الکتریکی است. شبکه شعاعی ساختاری شبیه به درخت دارد و حلقه های بسته در آن وجود ندارد. از آنجایی که حلقه بسته در شبکه شعاعی وجود ندارد، توان از یک شین به شین دیگر تحویل داده می شود.

این ساختار ساده ترین و ارازن ترین ساختار برای یک شبکه توزیع الکتریکی است. اما در این توپولوژی، اگر خطی به هر دلیلی قطع شود، تأمین توان همه خطوط پایین تر از آن نیز با مشکل روبه رو می شود.

شبکه شعاعی دارای ساختاری است که از یک گره پایه (جایی که تولید به آن متصل است) شروع می شود. خط نیز به این گره متصل شده و در ادامه این گره اصلی یا پایه گسترانیده می شود. این خط از فیدر اصلی شروع شده و به بارها متصل می شود.

خطوط دیگر، انشعاب هایی از خط اصلی هستند و از این خط شروع می شوند. شبکه های توزیع با ساختار شعاعی را می توان به گونه ای، مانند تعمیمی از شبکه توزیع توان سنتی تحلیل کرد، زیرا یکی از رایج ترین پیکربندی سیستم توزیع است.

در پیکربندی عمومی یک ساختار شعاعی، ژنراتورها فقط در نقطه شروع قرار دارند و از طریق ترانسفورماتور توزیع به مرکز بار وصل می شوند.

یک شبکه توزیع شعاعی نمونه در شکل 5 نشان داده شده است. در یک سیستم تویع شعاعی، تا زمانی که خطای رخ داده رفع نشود، تأمین برق تعدادی از مصرف کنندگان با مشکل روبه رو خواهد شد.

شکل 5: یک شبکه توزیع شعاعی
البته، از معایب سیستم توزیع شعاعی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• انتهای توزیع کننده ای که نسبت به نقطه تغذیه نزدیک ترین فاصله را دارد، بار زیادی را متحمل خواهد شد.
• مصرف کنندگان به یک فیدر و یک توزیع کننده متکی و وابسته اند.
• هنگامی که بار روی توزیع کننده تغییر کند، مصرف کنندگان انتهای توزیع کننده دچار نوسانات شدید ولتاژ می شوند.

به دلیل محدودیت هایی که بیان شد، این نوع سیستم توزیع تنها برای مسافت های کوتاه مورد استفاده قرار می گیرد. سیستم شعاعی را می توان با افزودن شین های بیشتر گسترش داد.

شبکه توزیع حلقوی:
در این سیستم توزیع، اولیه ترانسفورماتورهای توزیع یک حلقه تشکیل می دهند. مدار حلقه از شین های پست شروع می شود و پس از خدمت رسانی به منطقه مورد نظر به پست باز می گردد. نمودار تک خطی یک سیستم توزیع حلقوی در شکل 6 نشان داده شده است.

شکل 6: یک سیستم توزیع حلقوی
از مزایای شبکه های حلقوی، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• مصرف کنندگان در معرض نوسان ولتاژ کمتری نسبت به سیستم شعاعی قرار خواهند گرفت.
• سیستم بسیار قابل اطمینان است، زیرا هر توزیع کننده از طریق دو فیدر تغذیه می شود. در هنگام رخ دادن خطا روی هر بخش از فیدر، پیوستگی تأمین انرژی ادامه پیدا می کند.

از آنجایی که ابتدا و انتهای حلقه در محل مشابهی واقع شده اند، توان از هر دو مسیر حلقه به پست های واقع در حلقه تحویل داده می شود. در صورت بروز خطا در کابل فیدر در هر نقطه ای در حلقه، بخش معیوب با عملکرد بریکر مدار محافظ جدا شده و در عین حال تأمین انرژی تمام پست های موجود در حلقه انجام می شود.

از مزایای دیگر سیستم حلقوی می توان به این مورد اشاره کرد که افت ولتاژ در پست های بار مختلف کاهش می یابد. همچنین، این سیستم یک منبع مطمئن است، بدین معنی که اگر مسیر اولیه از دست برود یک مسیر جایگزین برای هر بار در دسترس است.

شبکه توزیع مش:
شکل زیر، نمودار تک خطی یک شبکه توزیع مش را نشان می دهد. سیستم های توزیع شعاعی و حلقوی را به راحتی می توان به مش ارتقا داد. توان انتقالی یک شبکه مش را می توان برای اطمینان و قابلیت کنترل، به یک نقطه تجمیع (اغلب یک پست) فرستاد.

یکی از مزایای سیستم توزیع مش این است که با واحدهای تولید پراکنده (DG) و منابع تجدیدپذیر قابل ادغام است.

شکل 7: شبکه توزیع مش

با استفاده از پیکربندی مش، تسهیم توان دقیق بارها امکان پذیر است. ساده ترین ساختار شبکه برای محافظت، ساختار شعاعی است، در حالی که شبکه توزیع مش دارای توان اتصال کوتاه بالاتری است.

با این حال، یک شبکه مش دارای پروفایل ولتاژ نسبتاً متعادل و قابلیت اطمینان بالایی است و می تواند در حالت کار در جزیره ای به ریزشبکه تبدیل شود.

البته شبکه توزیع مش، معایبی نیز دارد. تأخیر ارتباطی یک پارامتر حساس بوده و مهم ترین موضوع در رابطه با شبکه های مش است که ممکن است منجر به ناپایداری شبکه شود. برای مثال، وقتی تأخیر زیاد باشد، قطب ها به سمت محور موهومی حرکت می کنند.

یکی دیگر از معایب سیستم های مش، هزینه بالای راه اندازی آن ها و همچنین، هزینه زیاد تعمیر و نگهداری شان است.