Структура, конфигурация и использование

Для обеих систем основное оборудование аналогично: проводники, кабели, изоляция, разрядники, регуляторы и трансформаторы.  Обе системы радиальные, уровни напряжения и мощность схожи.

Основные различия заключаются в структурах систем.

На рисунке 1 изображены две системы. По сравнению с моделью сети Северной Америки, в Европейской распределительной сети используются более мощные трансформаторы, и количество потребителей на 1 трансформатор также больше. В Европе используются трехфазные трансформаторы с номинальной мощностью порядка 300 – 1000 кВА, гораздо большей, чем для типовых однофазных трансформаторов в Северной Америке с номинальной мощностью 25 или 50 кВА.

В Северной Америке стандартизованное напряжение во вторичной сети составляет 120/240 В. В результате, падение напряжения определяет протяженность вторичной сети для бытовых нужд и не превышает 250 футов (76,2 м). В Европе вторичная сеть прокладывается на расстояние до 1 мили (1609,34 м).

Уровень вторичного напряжения в Европе значительно выше и во многих странах достигает уровня 220, 230 или 240 В.

Благодаря тому, что напряжение в 2 раза выше, потребляемую нагрузку можно увеличить в 4 раза при той же протяженности сети. Так как трехфазная система позволяет в 2 раза увеличить протяженность распределительной сети по сравнению с однофазной системой, в итоге получается, что в Европе можно прокладывать распределительные сети в 8 раз более протяжённые по сравнению с Америкой, при этом соблюдая требования по перегрузке и падению напряжения.

В европейских системах иногда встречаются случаи использования однофазных систем для питания сельских потребителей, причем такие системы выполнены на базе двухобмоточных однофазных трансформаторов, соединенных пофазно.

В проектах Северной Америки питающие линии вторичной сети используются как основные ветви системы. В европейских проектах такой подход используется не часто, более того, не очень активно используются и реклоузеры.

Некоторые отличия в энергосистемах сводятся к различиям в величине нагрузки и инфраструктуре. В Европе автомобильные дороги, здания и сооружения строились в зонах с развитой электрической системой, поэтому проекты приходилось «подгонять» под существующую схему. Вторичная сеть обычно привязана к постройкам.

В Северной Америке большинство дорог и электрических схем проектировалось одновременно. Кроме того в Европе жилые дома расположены плотнее друг другу, и сами по себе они меньше, чем дома в Северной Америке. Каждая система имеет свои преимущества.

Перечислим несколько положительных различий между распределительными сетями.

Стоимость

Энергосистема Европы, как правило, дороже чем Североамериканская, но нужно учитывать большое количество переменных. В результате сравнить их по конкретным параметрам очень сложно.

Первичное оборудование в Европе в основном дорогое, особенно для зон, в которых можно применять однофазные системы.

Гибкость

Североамериканская система более гибкая, если анализировать уровень высокого напряжения, а Европейская – во вторичной части распределительных сетей. Городским сетям Европейская система даёт преимущества как раз в гибкости вторичных сетей. Например, трансформаторы могут установлены быть в более оптимальных местах. Для сельских сетей и территорий с рассредоточенной нагрузкой схема первичной сети Северной Америки оказывается более оптимальной.

Распределительные сети Северной Америки немного лучше подходят для развития в части увеличения количества потребителей, усовершенствования и расширения.

Безопасность

Многократно заземленная нейтраль в Североамериканской первичной распределительной сети дает много преимуществ с точки зрения безопасности. РЗА становится более чувствительной к КЗ, а нейтраль действует как физический барьер, так же предотвращая возникновение опасного напряжения прикосновения во время КЗ.

Преимущество Европейских систем заключается в том, что в них легче обнаружить короткие замыкания через высокое переходное сопротивление.

Устойчивость

Как правило, аварии в Североамериканской системе реже приводят к перебоям электроснабжения. В результате моделирования в Nguyen et al. (2000) двух энергосистем выяснилось, что перебои электроснабжения в Европе происходят на 35 % чаще.

Хотя Европейские системы имеют меньше первичных распределительных сетей, почти все они представляют собой одну питающую магистраль. Потеря основного фидера приводит к отключению всех потребителей. Европейской системе требуется большее количество коммутационных аппаратов и других механизмов для поддержания такого же уровня надежности.

Качество электроэнергии

Как правило, в Европейской системе снижение напряжения и кратковременных отключений меньше. В Европейской системе меньше воздействий, происходящих в первичной системе, которые могут привести к меньшему количеству кратковременных перебоев электроснабжения по сравнению с Североамериканской системой, использующей предохранители.

Трехпроводная система, используемая в Европе, помогает избежать падения напряжения при однофазных КЗ на землю.

Петля короткого замыкания через высокое переходное сопротивление, возникающая по вине белок, не приводит к такому падению напряжения как металлические КЗ в системе с заземленной нейтралью. Даже при КЗ фазного провода на нулевой, схема соединения обмоток трансформатора треугольник-звезда обеспечивает более высокую устойчивость к падению напряжения, особенно, если силовой трансформатор заземлен через активное сопротивление или реактор.

Эстетика

Европейские системы имеют меньше первичных распределительных сетей, что даёт им эстетическое преимущество: вторичные сети проще проложить под землёй или вписать в окружающую обстановку. За счет меньших площадей для размещения трансформаторов и большей протяжённости вторичных сетей, размещение кабельных сетей становится проще.

Воровство электроэнергии

Учитывая структуру вторичной части системы электроснабжения Европы, можно сделать вывод, что электроэнергию похитить очень легко. Развитые страны острее остальных испытывают эту проблему. ЛЭП вторичных сетей часто подвешиваются на опоры или прокладываются на крышах зданий, поэтому не требуется больших навыков для подключения к сети.

За пределами Европы и Северной Америки применяются аналогичные подходы к возведению распределительных сетей. Применение таких же подходов к созданию таких систем можно найти и в бывших колониях. В некоторых регионах мира используется что-то среднее между двумя принципами построения распределительных сетей.

Самое ужасное решение – применение европейского подхода в части проектирования вторичной системы и использование уровня напряжения 120 В. Вторичные распределительные сети имеют ограничения по протяжённости наряду с более высокой стоимостью монтажа Европейских первичных сетей. Вторичные сети более высокого напряжения исследовались в Северной Америки для достижения большей гибкости, но не применялись. Такие вторичные сети позволяют расширить использование вторичных сетей, что упрощает прокладку кабелей и уменьшает стоимость.

Свежее решение для распределительной системы – до конечного потребителя передается энергия с напряжением 600 В, а в каждом доме электронный трансформатор понижает напряжение до 120/240 В. [EEP – Electrical engineering portal]