Pređi na sadržaj

Distribucija električne energije

S Vikipedije, slobodne enciklopedije

Stubna trafostanica
Zidana trafostanica

Distribucija električne energije predstavlja poslednji stepen u isporuci električne energije. Distributivne mreže prenose električnu energiju od razvodnog postrojenja do pojedinačnih potrošača. Distributivna razvodna postrojenja preko transformatora povezuju prenosnu mrežu sa srednjonaponskim nivoima od 10, 20 i 35 kV. Primarne distributivne mreže prenose električnu energiju na srednjem naponu do transformatora bliže mestu neposredne potrošnje. Ovde se električna energija opet transformiše na niski napon koji se neposredno koristi i sekundarnom distributivnom mrežom se prenosi do krajnjih korisnika. Stambeni i komercijalni objekti su spojeni na niskonaponsku mrežu. Kupci koji traže mnogo veću snagu se mogu povezati direktno na primarnu distributivnu ili potprenosnu mrežu.[1]

Opšti raspored elektroenergetskih mreža. Naponi i opterećenja su tipični za evropsku mrežu.

Prelazak sa prenosa na distribuciju dešava se u trafostanici, koja ima sledeće funkcije:[1]

  • Osigurači i prekidači omogućavaju da se trafostanica isključi sa prenosne mreže ili da se isključe distributivni vodovi.
  • Transformatori spuštaju prenosne napone, 35 kV ili više, na napone primarne distribucije. To su srednjenaponska kola, obično 600–35000 V.[2]
  • Iz transformatora struja ide na sabirnicu koja može da odvoji distributivnu snagu u više pravaca. Autobus distribuira struju do distributivnih vodova, koji se šire do kupaca.

Gradska distribucija je uglavnom podzemna, ponekad u zajedničkim komunalnim kanalima. Ruralna distribucija je uglavnom nadzemna sa stubovima, a prigradska distribucija je mešovita.[2] Bliže kupcu, distributivni transformator spušta primarnu distributivnu snagu do niskonaponskog sekundarnog kola, obično 120/240 V u SAD za kućne korisnike. Struja do kupca dolazi preko servisnog pada i strujomera. Krajnji krug u urbanom sistemu može biti manji od 15 m (50 ft), ali može biti i preko 91 m (300 ft) za ruralnog korisnika.[2]

Istorija[uredi | uredi izvor]

Krajem 1870-ih i ranih 1880-ih uvedena je lučna lampa koja se koristi na otvorenom ili u velikim zatvorenim prostorima, kao što je ovaj sistem kompanije Brush Electric Company instaliran 1880. godine u Njujorku.

Distribucija električne energije postala je neophodna tek 1880-ih kada je električna energija počela da se proizvodi u elektranama. Pre toga, električna energija se obično proizvodila tamo gde se koristila. Prvi sistemi za distribuciju električne energije instalirani u evropskim i američkim gradovima korišćeni su za snabdevanje rasvetom: lučno osvetljenje koje radi na veoma visokom naponu (oko 3000 volti), naizmeničnom strujom (AC) ili jednosmernom strujom (DC), i rasvetom sa žarnom niti koja radi na niskom naponu (100 volti). volt) jednosmerna struja.[3] Oba su zamenjivala sisteme gasne rasvete, pri čemu je lučna rasveta preuzela velike površine i ulično osvetljenje, a rasveta sa žarnom niti je zamenjivala gas za poslovnu i stambenu rasvetu.

Zbog visokih napona koji se koriste u lučnom osvetljenju, jedna proizvodna stanica bi mogla da obezbedi dug niz svetala, do 7 mi (11 km) dugih kola.[4] Svako udvostručavanje napona bi omogućilo kablu iste veličine da prenosi istu količinu snage četiri puta veće udaljenosti za dati gubitak snage. Sistemi unutrašnjeg osvetljenja sa žarnom niti jednosmerne struje, na primer prva stanica Edison Perl Strit postavljena 1882. godine, imali su poteškoća u snabdevanju kupaca udaljenim više od jedne milje. To je bilo zbog niskog napona od 110 volti koji se koristio u celom sistemu, od generatora do konačne upotrebe. Edisonovom DC sistemu su bili potrebni debeli bakarni provodnici, a proizvodna postrojenja su morala da budu na oko 1,5 mi (2,4 km) od najudaljenijeg korisnika da bi se izbegli preterano veliki i skupi provodnici.

Uvođenje transformatora[uredi | uredi izvor]

Prenošenje električne energije na velike udaljenosti na visokom naponu, a zatim njeno svođenje na niži napon za osvetljenje postalo je priznata inženjerska prepreka distribuciji električne energije sa mnogim, ne baš zadovoljavajućim, rešenjima koja su testirale kompanije za osvetljenje. Sredinom 1880-ih došlo je do napredka sa razvojem funkcionalnih transformatora koji su omogućili da se napon naizmenične struje „povisi” do mnogo viših napona prenosa, a zatim spusti na niži napon krajnjeg korisnika. Sa mnogo nižim troškovima prenosa i većom ekonomijom obima zbog toga što velika proizvodna postrojenja snabdevaju čitave gradove i regione, upotreba naizmenične struje se brzo proširila.

U SAD je konkurencija između jednosmerne i naizmenične struje dobila lični zaokret kasnih 1880-ih u vidu „rata struja“ kada je Tomas Edison počeo da napada Džordža Vestinghausa i njegov razvoj prvih američkih sistema AC transformatora, ukazujući na sve smrti uzrokovane visokonaponskim sistemima naizmenične struje tokom godina i tvrdnjama da je bilo koji sistem naizmenične struje inherentno opasan.[5] Edisonova propagandna kampanja bila je kratkog daha, a njegova kompanija je prešla na AC 1892.

AC je postao dominantan oblik prenosa energije sa inovacijama u Evropi i SAD u dizajnu električnih motora i razvojem projektovanih univerzalnih sistema koji omogućavaju da se veliki broj starih sistema poveže na velike mreže naizmenične struje.[6][7]

U prvoj polovini 20. veka na mnogim mestima elektroprivreda je bila vertikalno integrisana, što znači da je jedno preduzeće radilo proizvodnju, prenos, distribuciju, merenje i naplatu. Počevši od 1970-ih i 1980-ih, nacije su započele proces deregulacije i privatizacije, što je dovelo do [[electricit[y market|tržišta]] električne energije. Distributivni sistem bi ostao regulisan, ali su proizvodnja, maloprodaja, a ponekad i prenosni sistemi transformisani u konkurentna tržišta.

Generisanje i prenos[uredi | uredi izvor]

Električna centralaTransformatorPrenos električne energijeTransformator
Pojednostavljeni dijagram isporuke električne energije naizmeničnom strujom od proizvodnih stanica do potrošača lokacija.

Električna energija počinje u proizvodnoj stanici, gde razlika potencijala može biti i do 33.000 volti. AC se obično koristi. Korisnici velikih količina jednosmerne struje, kao što su neki sistemi za elektrifikaciju železnice, telefonske centrale i industrijski procesi kao što je topljenje aluminijuma, koriste ispravljače za dobijanje jednosmerne struje iz javnog napajanja naizmeničnom strujom, ili mogu imati sopstvene sisteme za proizvodnju. Visokonaponska jednosmerna struja može biti korisna za izolovanje sistema naizmenične struje ili kontrolu količine električne energije koja se prenosi. Na primer, Hajdro-Kvebec ima liniju jednosmerne struje koja ide od regiona Džejmsovog zaliva do Bostona.[8]

Od proizvodne stanice ide u razvodno postrojenje proizvodne stanice gde postepeni transformator povećava napon na nivo pogodan za prenos, sa 44 kV na 765 kV. Jednom u prenosnom sistemu, električna energija iz svake proizvodne stanice se kombinuje sa električnom energijom proizvedenom na drugom mestu. Električna energija se troši čim se proizvede. Prenosi se veoma velikom brzinom, bliskom brzini svetlosti.

Primarna distribucija[uredi | uredi izvor]

Naponi primarne distribucije se kreću od 4 kV do 35 kV faza-do-faze (2,4 kV do 20 kV faza-do-neutralnog).[9] Samo veliki potrošači se napajaju direktno iz distributivnih napona; većina komunalnih kupaca je povezana na transformator, koji smanjuje napon distribucije na niskonaponski „napon korišćenja“, „napon napajanja“ ili „mrežni napon“ koji koriste sistemi za osvetljenje i unutrašnje ožičenje.

Mrežne konfiguracije[uredi | uredi izvor]

Podstanica u blizini Jelounajfa, na severozapadnim teritorijama Kanade

Distributivne mreže se dele na dva tipa, radijalne ili mrežne.[10] Radijalni sistem je uređen kao stablo gde svaki kupac ima jedan izvor snabdevanja. Mrežni sistem ima više izvora napajanja koji rade paralelno. Za koncentrisana opterećenja koriste se spot mreže. Radijalni sistemi se obično koriste u ruralnim ili prigradskim područjima.

Radijalni sistemi obično uključuju priključke za hitne slučajeve gde se sistem može rekonfigurisati u slučaju problema, kao što je kvar ili planirano održavanje. Ovo se može uraditi otvaranjem i zatvaranjem prekidača da bi se izolovao određeni deo iz mreže.

Dugi napojnici doživljavaju pad napona (izobličenje faktora snage) zbog čega je potrebno instalirati kondenzatore ili regulatore napona.

Rekonfiguracija, razmenom funkcionalnih veza između elemenata sistema, predstavlja jednu od najvažnijih mera koja može poboljšati operativne performanse distributivnog sistema. Problem optimizacije kroz rekonfiguraciju sistema za distribuciju električne energije, u smislu njegove definicije, istorijski je jedinstven problem sa ograničenjima. Od 1975. godine, kada su Merlin i Bak[11] predstavili ideju rekonfiguracije distributivnog sistema za smanjenje aktivnih gubitaka snage, do danas, mnogi istraživači su predlagali različite metode i algoritme za rešavanje problema rekonfiguracije kao jedinstvenog objektivnog problema. Neki autori su predložili pristupe zasnovane na Pareto optimalnosti (uključujući gubitke aktivne snage i indekse pouzdanosti kao ciljeve). U tu svrhu korišćene su različite metode zasnovane na veštačkoj inteligenciji: mikrogenetička,[12] razmena grana,[13] optimizacija roja čestica[14] i genetski algoritam sortiranja bez dominacije.[15]

Ruralne usluge[uredi | uredi izvor]

Stub za napajanje visokog napona u ruralnom okrugu Bju, Kalifornija

Ruralni sistemi elektrifikacije imaju tendenciju da koriste više napone distribucije zbog većih udaljenosti koje pokrivaju distributivni vodovi (videti Upravu za ruralnu elektrifikaciju). 7,2, 12,47, 25 i 34,5 kV distribucija je uobičajena u Sjedinjenim Državama; 11 kV i 33 kV su uobičajeni u Velikoj Britaniji, Australiji i Novom Zelandu; 11 kV i 22 kV su uobičajeni u Južnoj Africi; 10, 20 i 35 kV su uobičajeni u Kini.[16] Povremeno se koriste i drugi naponi.

Ruralne službe obično pokušavaju da minimiziraju broj stubova i žica. To koristi veće napone (od gradske distribucije), što zauzvrat dozvoljava upotrebu pocinkovane čelične žice. Jaka čelična žica omogućava jeftiniji široki razmak stubova. U ruralnim oblastima transformator za montažu na stub može opsluživati samo jednog korisnika. Na Novom Zelandu, Australiji, Saskačevanu u Kanadi i Južnoj Africi, jednožilni sistemi povratnog uzemljenja (SWER) se koriste za elektrifikaciju udaljenih ruralnih područja.

Trofazna usluga obezbeđuje struju za velike poljoprivredne objekte, postrojenja za pumpanje nafte, postrojenja za vodu ili druge kupce koji imaju velika opterećenja (trofazna oprema). U Severnoj Americi, nadzemni distributivni sistemi mogu biti trofazni, četvorožični, sa neutralnim provodnikom. Ruralni distributivni sistem može imati duge staze jednofaznog i neutralnog provodnika.[17] U drugim zemljama ili u ekstremnim ruralnim oblastima neutralna žica je povezana sa uzemljenjem da bi se koristila kao povrat (jednožilni povrat uzemljenja). Ovo se zove neuzemljeni vaj sistem.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b „How Power Grids Work”. HowStuffWorks. april 2000. Pristupljeno 2016-03-18. 
  2. ^ a b v Short, T.A. (2014). Electric Power Distribution Handbook. Boca Raton, Florida, USA: CRC Press. str. 1–33. ISBN 978-1-4665-9865-2. 
  3. ^ Quentin R. Skrabec, The 100 Most Significant Events in American Business: An Encyclopedia, ABC-CLIO – 2012, page 86
  4. ^ Berly, J. (1880-03-24). „Notes on the Jablochkoff System of Electric Lighting”. Journal of the Society of Telegraph Engineers. Institution of Electrical Engineers. IX (32): 143. Pristupljeno 2009-01-07. 
  5. ^ Garrison, Webb B. (1983). Behind the headlines: American history's schemes, scandals, and escapadesNeophodna slobodna registracija. Stackpole Books. str. 107. ISBN 9780811708173. 
  6. ^ Parke Hughes, Thomas (1993). Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880–1930. JHU Press. str. 120—121. 
  7. ^ Garud, Raghu; Kumaraswamy, Arun; Langlois, Richard (2009). Managing in the Modular Age: Architectures, Networks, and Organizations. John Wiley & Sons. str. 249. 
  8. ^ „Extra-High-Voltage Transmission | 735 kV | Hydro-Québec”. hydroquebec.com. Pristupljeno 2016-03-08. 
  9. ^ Csanyi, Edvard (10. 8. 2012). „Primary Distribution Voltage Levels”. electrical-engineering-portal.com. EEP – Electrical Engineering Portal. Pristupljeno 9. 3. 2017. 
  10. ^ Abdelhay A. Sallam and Om P. Malik (maj 2011). Electric Distribution Systems. IEEE Computer Society Press. str. 21. ISBN 9780470276822. 
  11. ^ Merlin, A.; Back, H. Search for a Minimal-Loss Operating Spanning Tree Configuration in an Urban Power Distribution System. In Proceedings of the 1975 Fifth Power Systems Computer Conference (PSCC), Cambridge, UK, 1–5 September 1975; pp. 1–18.
  12. ^ Mendoza, J.E.; Lopez, M.E.; Coello, C.A.; Lopez, E.A. Microgenetic multiobjective reconfiguration algorithm considering power losses and reliability indices for medium voltage distribution network. IET Gener. Transm. Distrib. 2009, 3, 825–840.
  13. ^ Bernardon, D.P.; Garcia, V.J.; Ferreira, A.S.Q.; Canha, L.N. Multicriteria distribution network reconfiguration considering subtransmission analysis. IEEE Trans. Power Deliv. 2010, 25, 2684–2691.
  14. ^ Amanulla, B.; Chakrabarti, S.; Singh, S.N. Reconfiguration of power distribution systems considering reliability and power loss. IEEE Trans. Power Deliv. 2012, 27, 918–926.
  15. ^ Tomoiagă, Bogdan; Chindriş, Mircea; Sumper, Andreas; Sudria-Andreu, Antoni; Villafafila-Robles, Roberto (2013). „Pareto Optimal Reconfiguration of Power Distribution Systems Using a Genetic Algorithm Based on NSGA-II”. Energies. 6 (3): 1439—1455. doi:10.3390/en6031439 Slobodan pristup. 
  16. ^ Chan, F. „Electric Power Distribution Systems” (PDF). Electrical Engineering. Pristupljeno 12. 3. 2016. 
  17. ^ Donald G. Fink, H. Wayne Beatty (ed), Standard Handbook for Electrical Engineers, Eleventh Edition, McGraw Hill, (1978) ISBN 0-07-020974-X, page 18-17

Literatura[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Distribucija električne energije na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Дистрибуција_електричне_енергије&oldid=27614593”