20. نظم التوزيع Distribution Systems

1- مكونات نظم التوزيع

يوضح شكل رقم (1) مكونات نظم التوزيع وهي :-

  • محطات التوزيع Distribution Substation 
  • الموزعات الابتدائية       Primary feeders
  • محولات التوزيع                Distribution Transformer
  • الموزعات الثانوية Secondary feeders
  • الأحمال الكهربية Electrical loads


2- الموزعات الابتدائية 

يمكن أن يقسم مخطط توصيلات هذه الموزعات إلى ثلاث أنواع: 

2-1 النظام الإشعاعي Radial system

ويوضح شكل رقم (2) هذا النظام والعيب الأساسي هو انقطاع التغذية الكهربية عن الأحمال فى حالة حدوث عطل على الموزع أو أفرعه بالنسبة للأحمال الموجودة فى الجهة الأخرى من المصدر حيث أن التغذية من مصدر أحادي فقط. لكن هذا النظام يتميز بالبساطة فى التشغيل وفى نظم الحماية حيث تستخدم المصهرات عند اتصال الأفرع مع الموزع الرئيسي للحماية من القصر. و بيين شكل رقم (3) النظام القديم الذي يستخدم الكابلات الطويلة والنظام الحديث حيث تستخدم كابلات قصيرة لمحولات التوزيع وذلك لمراكز الأحمال الكبيرة .


2-2 النظام الحلقي

يوجد نوعان :

(أ)  الدائرة المفتوحة open loop : وهذا النظام هو الشائع استخدامه فى نظم التوزيع التى لا تتطلب درجة استمرارية للتغذية عالية طوال الوقت ويوضح شكل رقم (4) هذا النظام ويتصل الموزعات بجهاز قطع والوضع العادي له مفتوح وذلك لنقل التغذية من النوع الذي حدث فيه العطل إلى الموزع الآخر عند قفل هذا الجهاز .

20. شرح نظم التوزيع ومكوناتها  Distribution Systems


شكل (1)


20. شرح نظم التوزيع ومكوناتها  Distribution Systems

شكل (2)


(ب) الدائرة المغلقة closed loop : و تستخدم هذه التوصيلة لرفع درجة العول التي تغذي الأحمال الكهربية الهامة وعند حدوث عطل تفتح أجهزة القطع على جانبي العطل نتيجة إشارة المرحلات لها . فلا ينقطع مصدر التغذية عن بقية الأحمال الكهربية  كما هو موضح في شكل (5 ) .


شرح نظم التوزيع ومكوناتها  Distribution Systems

شكل(3)


شرح نظم التوزيع ومكوناتها  Distribution Systems


شكل (4)


20. شرح نظم التوزيع ومكوناتها  Distribution Systems


شكل (5)


2-3 النظام الشبكي 

يبين شكل (6) هذا النظام واستخدامه محدود فقط للأحمال الكهربية الهامة والتي تتطلب درجة عول عالية لأن التكلفة الاقتصادية لهذا النظام غالبًا ما تكون أكثر من النظامين السابقين بالإضافة إلى بعض الصعوبات فى التشغيل .

شكل(6)

3- الموزعات الثانوية 

هذه الموزعات ذات جهد منخفض وتوجد أربعة أنواع :- 

  1. موزع من المحول إلى حمل كهربي واحد وذلك للأحمال الكبيرة (شكل 7) 
  2. موزع من محول يغذي مجموعة من الأحمال 
  3. موزع من محولين متصلين بمغذي رئيسي واحد ويمتد إلى مجموعة أحمال كهربية ويسمي ذلك banking of transformer secondaries    ( شكل 8) 
  4. موزع ثانوي أو مجموعة موزعات ثانوية متصلة على هيئة شبكة وتغذيها محولات تتصل بأكثر من موزع رئيسي 

شرح نظم التوزيع ومكوناتها  Distribution Systems

شكل (8)


شرح نظم التوزيع ومكوناتها  Distribution Systems


شكل (7)

4- نظم التوزيع ذات التيار المستمر D.C. Distribution Systems 

عندما يمر تيار قيمة I خلال الموزع الذي له مقاومة تساوي R أوم فإن الفقد فى الجهد يساوي IR ويمكن تقليل الفقد فى الجهد باستخدام موزع له مقاومة أقل ويعني ذلك أنه لنفس المادة المصنوع منها الموزع يمكن استخدام موزع ذي مساحة أكبر .


4-1 نظام توزيع إشعاعي بأحمال مركزة :

يوضح الشكل (9) رسم تخطيطي لهذا الموزع وتوزيعات التيار .

شرح نظم التوزيع ومكوناتها  Distribution Systems

شكل (9):  موزع إشعاعي 


Voltage drop

Current

Section

i1 r1

i1 = I1 + I2 + I3

A-a

i2 r2

i2 = I2 + I3

a-b

i3 r3

i3 = I3

a-c

i3 r'3

i3 = I3

c' - b'

i2 r'2

i2 = I2 + I3

b' - a' 

i1 r'1

i1 = I1 + I2 + I3

a' - A'


ولمعرفة قيمة الجهد عند الحمل الكهربي الواصل بين النقطة ‘aa فهو يساوي 

Vaa’ = V AA’ – ( i1 r1 + i1 r’1  )

In general Voltage at any load point = V- ∑ i r

شكل (10)  يبين الموزع (a) توزيعات التيار (b) والفقد فى الجهد (c) .


4-2 نظام توزيع حلقي أو التغذية من مصدرين على طرفي الموزع والجهد عندها متساوي

لدراسة نظام التوزيع الحلقي يمكن فتح الحلقة واعتباره كموزع تتم التغذية من الطرفين والجهد عندهما متساوي ، شكل (11)  يبين توزيع الأحمال (a) وتوزيع التيارات (b) وفرق الجهد (c) على الموزع.



شكل (10) : توزيعات التيار و الفقد في الجهد علي موزع اشعاعي


شكل (10) : توزيعات التيار و الفقد في الجهد علي موزع اشعاعي


شكل (11) : توزيعات التيار وفرق الجهد على الموزع VA=VB

شكل (11) : توزيعات التيار وفرق الجهد على الموزع VA=VB


ويتضح من الشكل السابق إن النقطة b عندها أعلي فرق فى الجهد أي ان أقل قيمة للجهد على الموزع تكون عند هذه النقطة.


4-3 موزع تتم التغذية فيه من مصدرين مختلفين فى الجهد :

فى هذه الحالة تطبق المعادلات التالية :-

VA – VB = ∑ i r

I A+ IB = ∑ I

Where I is the load current 

شكل رقم (12) يوضح الموزع (a) التيارات على الموزع (b) وفروق الجهد (c).



شكل (12)  : توزيعات التيار وفرق الجهد على موزع VA  لا يساوي  VB

شكل (12)  : توزيعات التيار وفرق الجهد على موزع VA  لا يساوي  VB


4-4 موزعات ذات أحمال منتظمة Uniform Distributed loads  

وهذه الموزعات إما أن تكون إشعاعية أو حلقية أو تغذي مصدرين سواء متساوين فى الجهد أو مختلفتين . ويحسب فرق الجهد VD فى هذه الحالة بواسطة علاقة التيار  i على الموزع كالآتي :

VDx = 0x  i ( L –x ) r  dx


Which is a parabola

dx = element length 

i  (L - x ) = element current 

Total voltage drop at x = L 

V D = I R / 2 , where R = rL

شكل ) 13)  يبين الموزع (a) وتوزيعات التيار (b) وفرق الجهد (c) . 


توزيع التيار وفرق الجهد على موزع ذي أحمال منتظمة

شكل (13) :  توزيع التيار وفرق الجهد على موزع ذي أحمال منتظمة


5-  نظم التوزيع ذات التيار المتردد A.C Distribution Systems 

الفقد فى الجهد (voltage drop) فى هذه النظم يتكون من جزأين بسبب المقاومة والمفاعلة وليس المقاومة فقط كما هو الحال فى نظم التوزيع ذات التيار الثابت .

وتجري الحسابات على أساس استخدام الكميات المتجه للتيار والجهد والممانعة ويؤخذ تيار أو جهد معين كأساس (Reference) تنسب له بقية المتجهات . وتنفذ الحسابات على أساس دائرة الوحدة ( line to neutral circuit ) ومنها يمكن إيجاد بقية المتجهات فى حالة نظام ثلاثي الأوجه . ويفضل الاستعانة برسم المتجهات Vector diagram أثناء الحل . ومعامل قدرة الحمل (P.F) إما أن يعطي منسوبًا لنقطة الحمل ذاته أو بالنسبة لجهد المصدر supply أو أي نقطة أخري فى النظام .


5-1 نظام توزيع بأحمال مركزة عند نقط معينة 

5-1-1 نظام إشعاعي Concentrated loads  

يبين المثال التالي مثال (1) طريقة حل هذه النظم ويحل المثال على أساس : 

أ - معامل القدرة للأحمال منسوب للطرف النهائي Receiving end

ب-  معامل القدرة للأحمال منسوب لنقط الأحمال ذاتها .Respective load points

وشكل (14)  يبين رسم تخطيطي للنظام .

موزع مصدر التغذية عند النقطة (a)


شكل رقم (14) موزع مصدر التغذية عند النقطة (a)


  1. Take voltage at the receiving end Vc as reference phasor , the phasor diagram is shown in Fig( 15). Expressing current in phasor notation:

I1 = I1 ( cos ϕ1  - j sin ϕ1 )

I2 = I2 ( cos ϕ2  - j sin ϕ2 )

Drop in section BC

v1 = I1 ( cos ϕ1  - j sin ϕ1 ) ( R1 + j X1

I = I1 + I2 = I ( cos ϕ  - j sin ϕ )

Drop in section AB

v2 = I ( cos ϕ  - j sin ϕ ) ( R2 + j X2)

Sending end voltage  = Vc + v1 + v2

And sending end P.F. is cos ϕs  


5-1 نظام توزيع بأحمال مركزة عند نقط معينة


شكل (15)

5-1-2 نظام حلقي 

مثال (2) : يوضح شكل رقم (16) رسما تخطيطا لنظام حلقي ثلاثي الأوجه يغذي عند النقطة A وبيانات الأحمال والممانعات معطاة على الرسم وهي أحمال ثلاثية الأوجه متماثلة ومعامل القدرة لكل حمل منسوب للجهد عند النقطة A .

موزع حلقي

شكل رقم (16) موزع حلقي 

Solution:

IB = 60 ( 0.8 – j 0.6 ) = 48 – j 36

IC = 30 ( 0.9 – j 0.436 ) = 27 – j 13.08

ID = 50 ( 0.707 – j 0.707) = 35.35 – j 35.35

Supply Voltage VA = 11000/ √ 3 ( 1 + j 0 ) = 6350 ( 1 + j 0)

Let the current in branch AB be ( x + j y ) , then the current in various sections are as follows:


Section

Current

AB

x + j y

BD

( x – 48 ) + j ( y + 36 )

DC

( x – 48 – 35.35 ) + j ( y + 36 + 33.35)

= ( x – 83.35 ) – j (y + 71.35)

CA

( x –48 – 35.35 – 27) + j ( y + 36 + 35.35 + 13.08)

= ( x – 110.35 ) + j ( y + 84.43)

Voltage drop in each section are as follows: 


Section

VD

AB

( x + j y ) ( 1 + j 0.8 )

BD

[( x – 48 ) + j ( y + 36 )] ( 3 + j 4)

DC

[( x – 83.35 ) + j ( y + 71.35)] ( 1 + j 0.7)

CA

[( x –110.35) + j ( y + 84.43)] ( 3 + j 2)


From Kirchhoff voltage law around the closed loop ABCDA = 0 , equating real and imaginary parts , we get : x = 63.7 A , and y = -55 A 


6- حل نظم التوزيع ذات التيار المتردد بالطرق التقريبية 

حيث أن قيمة الفقد فى الجهد على جزء من موزع تكون صغيرة بالنسبة للجهد على الموزع و التغير فى زاوية الجهد على نقط الموزع يكون صغير نسبيًا، و لتبسيط حسابات فقد الجهد يمكن استخدام العلاقة التالية :

VD = I R cos ϕ   + I X sin ϕ 

VD : voltage drop across certain part or element

I : Current through certain part or element

R : Resistance of that part or element

X : Reactance of that part or element

ϕ : Phase angle of load current


والعلاقة السابقة يمكن استخدامها أيضًا لحساب الفقد فى الجهد على محول توزيع .