miniatura|Línia elèctrica amb transformador Una xarxa de distribució d'energia elèctrica és la part del sistema de subministrament elèctric amb la funció de fer arribar l'energia des de la subestació de distribució fins als usuaris finals (comptador del client). Es porta a terme pels operadors del sistema de distribució (Distribution System Operator o DSO en anglès). Les subestacions de distribució es connecten al sistema de transport i baixen la tensió de transmissió a mitja tensió que oscil·la entre 30.000 i els 1.000 volts, amb l'ús de transformadors. Les línies primàries de distribució porten aquesta potència de mitjana tensió als transformadors de distribució situats prop de les instal·lacions del client. Els transformadors de distribució tornen a baixar a una tensió inferior als 1.000 volts, ja que els equips domèstics (electrodomèstics, il·luminació, etc.) i alguns d'industrials funcionen amb un voltatge d'uns 380 o 220 V. Sovint, diversos clients es subministren des d'un transformador a través de línies de distribució secundàries. Els clients comercials i residencials estan connectats a les línies de distribució secundària mitjançant baixades de servei. Els clients que demanen una quantitat molt més gran d'energia es poden connectar directament al nivell de distribució principal o al nivell de subtransmissió.
La transició de la transmissió a la distribució es produeix en una subestació elèctrica, que té les funcions següents:
Els interruptors i disjuntors permeten desconnectar la subestació de la xarxa de transport o desconnectar les línies de distribució. Els transformadors redueixen les tensions de transmissió, 30 kV o més, fins a les tensions de distribució primària. Són circuits de mitjana tensió, normalment de 30.000 i 1.000 volts. Des del transformador, l'energia passa a la barra col·lectora que pot dividir l'alimentació de distribució en diverses direccions.Les línies de baixa tensió, porten l'energia fins al punt de destinació per tal que pugui ser utilitzada pel consumidor.
Història
miniatura|A finals de la dècada de 1870 i principis de la dècada de 1880 es va introduir la làmpada d'arc utilitzada a l'exterior o en grans espais interiors com aquest sistema de Brush Electric Company instal·lat en 1880 a la ciutat de Nova York.
La distribució d'energia elèctrica es va fer necessària només a la dècada de 1880, quan es va començar a generar electricitat en centrals elèctriques. Abans d'això se solia generar electricitat on s'utilitzava. Els primers sistemes de distribució d'energia instal·lats a les ciutats europees i nord-americanes es van utilitzar per subministrar il·luminació: la llum d'arc funcionant amb una tensió molt alta (al voltant de 3.000 volts) en corrent altern (CA) o corrent continu (CC), i la llum incandescent funcionant amb corrent continu de baixa tensió (100 volts).Quentin R. Skrabec, The 100 Most Significant Events in American Business: An Encyclopedia, ABC-CLIO – 2012, page 86 Ambdós sistemes estaven suplantant els sistemes d'enllumenat de gas, amb l'enllumenat d'arc que s'apodera de l'enllumenat públic i de grans superfícies, i la il·luminació incandescent que substitueix el gas per a la il·luminació comercial i residencial.
A causa de les altes tensions utilitzades en la il·luminació d'arc, una sola central generadora podria subministrar una llarga sèrie de llums, fins a 11 km de circuits. Cada duplicació de la tensió permetria que un cable de la mateixa mida transmetés la mateixa quantitat de potència quatre vegades la distància per a una pèrdua de potència determinada. Dels sistemes d'il·luminació interior incandescent de corrent continu, per exemple el primer Edison a Pearl Street Station instal·lat en 1882, va tenir dificultats per abastir els clients a més d'una milla de distància. Això es va deure al sistema baix de 110 volts que s'utilitzava a tot el sistema, des dels generadors fins a l'ús final. El sistema de corrent continu d'Edison necessitava cables conductors de coure gruixuts i les plantes generadores havien d'estar a 2,4 km del client més llunyà per evitar conductors excessivament grans i cars.
Introducció del transformador El problema de transmetre electricitat a distàncies més llargues esdevingué un obstacle d'enginyeria reconegut per a la distribució d'energia elèctrica, amb moltes solucions poc satisfactòries provades per empreses d'il·luminació. Però a mitjans de la dècada de 1880 es va produir un gran avenç amb el desenvolupament de transformadors funcionals que van permetre «augmentar» l'alimentació de CA a un voltatge molt més alt per a la transmissió, i després reduir a un voltatge més baix a prop de l'usuari final. En comparació amb el corrent continu, la CA tenia costos de transmissió molt més barats i majors economies d'escala, amb grans plantes generadores de comunitats autònomes capaces d'abastir ciutats i regions senceres, la qual cosa va portar a que l'ús de la CA s'estengués ràpidament.
Als EUA, la competència entre el corrent continu i el corrent altern va prendre un gir personal fins de la dècada de 1880 en forma d'una «guerra de corrents» quan Thomas Edison va començar a atacar a George Westinghouse i el seu desenvolupament dels primers sistemes de transformadors de CA dels EUA, destacant les morts causades pels sistemes de CA d'alt voltatge al llarg dels anys i afirmant que qualsevol sistema de CA era inherentment perillós. La campanya de propaganda d'Edison va durar poc i la seva empresa va canviar a CA el 1892.
La CA es va convertir en la forma dominant de transmissió d'energia amb innovacions a Europa i EUA en dissenys de motors elèctrics i el desenvolupament de «sistemes universals» dissenyats que van permetre connectar una gran quantitat de sistemes heretats a grans xarxes de CA.
A la primera meitat del , en molts llocs la indústria de l'energia elèctrica estava integrada verticalment, la qual cosa significa que una empresa generava, transmetia, distribuïa, mesurava i facturava. A partir de les dècades de 1970 i 1980, les nacions van començar el procés de desregulació i privatització, que va conduir al mercat d'electricitat. El sistema de distribució romandria regulat, però els sistemes de generació, venda al detall i, de vegades, transmissió es van transformar en mercats competitius.
Etapes La distribució de l'energia elèctrica des de les subestacions de transformació de la xarxa de transport es realitza en dues etapes.
La primera està constituïda per la xarxa de repartiment, que, partint de les subestacions de transformació, reparteix l'energia, normalment mitjançant anells que envolten els grans centres de consum, fins a arribar a les estacions transformadores de distribució. Les tensions utilitzades estan compreses entre 25 i 132 kV. Intercalades en aquests anells estan les estacions transformadores de distribució, encarregades de reduir la tensió des del nivell de repartiment al de distribució en mitja tensió.
La segona etapa la constitueix la xarxa de distribució pròpiament dita, amb tensions de funcionament de 3 a 30 kV i amb una característica molt radial. Aquesta xarxa cobreix la superfície dels grans centres de consum (població, gran indústria, etc.), unint les estacions transformadores de distribució amb els centres de transformació, que són l'última etapa del subministrament en mitja tensió, ja que les tensions a la sortida d'aquests centres és de baixa tensió (125/220 o 220/380 V).El nou Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió exigeix tensions de distribució en baixa tensió de 230/400 V.
La línies que formen la xarxa de distribució s'operen de forma radial, sense que formin malles, al contrari que les xarxes de transport i de repartiment. Quan hi ha una avaria, un dispositiu de protecció situat al principi de cada xarxa ho detecta i obre l'interruptor que alimenta aquesta xarxa.
La localització d'avaries es fa pel mètode de «prova i error», dividint la xarxa que té l'avaria en dues meitats i energitzant d'elles; a mesura que es delimita la zona amb avaria, es torna el subministrament a la resta de la xarxa. Això fa que en el transcurs de localització es poden produir diverses interrupcions a un mateix usuari de la xarxa.
Topologies típiques de xarxes de distribució La topologia d'una xarxa de distribució és referida a l'esquema o arranjament de la distribució, és a dir la forma en què es distribueix l'energia a través de la disposició dels segments dels circuits de distribució. En aquest sentit s'enfoca a la forma com es distribueix l'energia a partir de la font de subministrament.
Xarxa radial o xarxes en antena Es caracteritza per l'alimentació per un sol dels seus extrems transmetent l'energia en forma radial als receptors i l'emissor. A més presenta un cablejat en les parts.
Avantatges Ressalten la seva simplicitat i la facilitat que presenten per a ser equipades de proteccions selectives. Pràcticament sense energia elèctrica no podem fer res en la vida actual, tot funciona amb ella, televisió, internet, ràdio, liquadores, refrigeradores, rentadores, aspiradores, les bombes per enviar aigua per a casa, etc.
Desavantatges La seva falta de garantia de servei.
Aquestes desavantatges poden ser compensades en l'actualitat amb els dispositius moderns de desconnexió automàtica de la zona en falla anomenats «Òrgans de Tall de Xarxa» o la utilització dels dispositius anomenats «reconnectadors» que desconnecten i tanquen la zona en falla, procurant d'aquesta manera aclarir la zona en falla i tornar el servei sobre la línia completa.
Xarxa en bucle obert Això vol dir que qualsevol punt de consum, en aquesta estructura, pot ser alimentat per dos possibles camins elèctrics, atès que un sol d'aquests dos camins és efectiu, l'emergència es realitza mitjançant aquesta possibilitat de bucle.
Els avantatges de la distribució en xarxes radials i a més la possibilitat d'alimentar alternativament d'una font o una altra, de manera que davant de situacions de falta i utilitzant els OCR i reconnectadors, quedaria sempre fora de servei la zona a faltar més petita possible i el resta de la línia en servei. Si l'estructura està allunyada del parallamps l'electricitat seria dirigida a les puntes de la terra la qual cosa afectaria a les estructures properes.
Xarxa en anell o en bucle tancat Una xarxa en anell o en bucle tancat es caracteritza per tenir dos dels seus extrems alimentats, quedant aquests punts intercalats en l'anell o bucle. L'avantatge fonamental n'és la seguretat de servei i facilitat de manteniment.
Criteris per a disseny de xarxes de distribució Regulació La regulació es relaciona amb la caiguda de tensió en els conductors d'una xarxa determinada, en generadors i transformadors elèctrics. No és convenient que hi hagi una caiguda de tensió excessiva en el conductor perquè l'usuari final o transformador de MT a BT tensió estaria alimentat per un valor reduït de tensió molt diferent al valor assignat.
Hi ha bàsicament dues definicions de regulació, depenent del país on es faci la instal·lació:
Normativa nord-americana: la regulació es defineix com segueix:
és la tensió en borns de la càrrega o transformador
Normativa europea (IEC): la regulació es defineix com:
on:
és la tensió aigües amunt (part més propera a la central de producció) de la càrrega o transformador, és a dir en l'alimentador
La regulació que en fa IEC és més gran que la normativa americana.
Criteri econòmic Corrents de curt circuit Els corrents de curtcircuit per faltes fase a fase estaran limitats únicament per les impedàncies de la font, de la línia, i de la mateixa falla, així que en la mesura que la font disposi de més potència de curtcircuit circularà per la línia més corrent.