لزوم توجه و آشنایی با توزیع انرژی الکتریکی

با هر قدمی که در زندگی برداشته می شود ، وابستگی جوامع بشری به منابع انرژی الکتریکی بیشتر احساس می شود ؛ در این میان ، ارتباط بین منبع تغذیه و مصرف کنندگان ، به نام سیستم توزیع انرژی نقش حیاتی را ایفا می کند . این سیستم نه تنها از نظر کمیت توزیع انرژی الکتریکی اهمیت دارد ، بلکه از نظر ارائه و استمرار تامین برق نیز با استانداردهای معتبر در کیفیت مطلوب مورد توجه قرار گرفته است .

پیشرفت سیستم های توزیع

به موازات توسعه شبکه های توزیع برق، نوآوری در وسایل الکتریکی ، اختراع مواد بسیار مناسب ، تکامل تجهیزات و ابزارآلات پیشرفته ، روز به روز جایگزین و به کار گرفته شد به شکلی که تکنیک های جدید و بسیار کارآمدی را برای تعمیر ، بهره برداری و احداث شبکه های توزیع ، برای برپا داشتن یک سیستم توزیع اقتصادی ، انتخاب صحیح اندازه های هادی ها ، عایق ها ، ترانسفورماتورها و دیگر اجزا، موجب شد تا برای یک سیستم با قابلیت اطمینان بالا به بهره برداری های اضطراری ناشی از بارهای اضافه نیاز کمتری داشته و به طور کلی ، تاسیسات برای تقاضای بیشتر آینده جوابگو باشد . در چنین سیستمی تلفات کاهش خواهد یافت . از طرف دیگر ، مباحث جدیدی در زمینه سیستم های توزیع از جمله مدیریت مصرف و بار ، مکانیزاسیون ، دیسپاچینگ توزیع و دستگاههای کنترل از راه دور ، سیستم های دیجیتالی و الکترونیکی در اندازه گیری و کنترل معرفی و ساخته شه است . همه موارد گفته شده ارتباط مهندسی شدن شبکه های توزیع را با بهبود کیفیت سرویس دهی الکتریکی و همچنین کاهش تلفات و بهره برداری بهینه و خودکار از سیستم توزیع را نوید می دهد .

بررسی شبکه های توزیع

با توجه به مزیت های مهم انرژی الکتریکی بر سایر انرژی ها به صورت سادگی و راحتی توزیع و قابلیت انتقال برای مسافت های طولانی امروزه پیش بینی می گردد که بیشترین مصرف انرژی در قرن آینده کماکان به صورت انرژی الکتریکی باشد و شبکه توزیع که عهده دار ارائه انرژی به مصرف کنندگان می باشد ، به عنوان یکی از اجزای اصلی سیستم قدرت از اهمیت و ارزش قابل ملاحظه ای برخوردار می گردد . در یک سیستم قدرت ، به طور معمول نیمی از تلفات متعلق به شبکه توزیع است و با افزایش تقاضای مصرف برق ، شبکه های توزیع روبه گسترش نهاده است ؛سرمایه گذاری های سالیانه در این زمینه،به میلیاردها دلار میرسد . عدم تامین منابع مالی در این بخش ، استراتژی نامناسب طراحی و بهره برداری و همچنین رواج فرهنگ استادکاری باعث شده تا شبکه های توزیع کشور ، از وضعیت مطلوبی برخوردار نباشد . بنابراین وقتی هر دو عامل یعنی سرمایه گذاری کلان و تلفات در کنار یکدیگر قرار بگیرند، مشخص خواهد شد که اصلاح حتی قسمت کوچکی از روش های طراحی این سیستم ، به تغییر اساسی در شرکت های توزیع برق خواهد انجامید . هدف از اصول طراحی شبکه های توزیع ، ارائه طرحی است که تضمین کننده نیاز رو به رشد انرژی الکتریکی بوده به شکلی که از نظر تکنیکی و اقتصادی مورد قبول و عملی باشد . به این ترتیب ، طراحی سیستم توزیع از یک سو به پارامترهای مربوط به رشد بار ، توزیع مکانی نقاط مصرف واز سوی دیگر ، به عوامل فنی مانند مقادیر خطوط و فیدرها ، ظرفیت و محل پست های فوق توزیع ، سطوح ولتاژ و قابلیت اطمینان مورد نظر و … را در نظر می گیرد . علاوه براین ، برای آن که طرح به صورت عملی قابل اجرا باشد ، باید به جنبه های اقتصادی مانند هزینه های خرید و نصب تجهیزات ، هزینه های تلفات سالیانه انرژی ، نرخ بهره و مانند این ها توجه نمود . برای بررسی همه جانبه شبکه های توزیع که سرانجام به ارائه اصول و روش های مناسب در طراحی آن ها منجر می شود لازم است که ساختار این شبکه در کل سیستم قدرت مشخص گردد .

مدارها و پست های فوق توزیع

قدرت متوسط خطوط فوق توزیع ( انتقال ) از منابع تولید به پست های فوق توزیع منتقل می شود . مدارهای فوق توزیع ،ممکن است به صورت مدارهای ساده شعاعی ،حلقوی یا یک شبکه به هم پیوسته (رینگ) باشند که در نهایت ، به پست فوق توزیع ختم می شود . به طور معمول ، هر پست فوق توزیع (HV/MV) ناحیه بار خود را که بخشی از ناحیه سرویس دهی سیستم توزیع است ، تغذیه می کندو درآن ، ولتاژ فوق توزیع به منظور توزیع در سراسر ناحیه به ولتاژ فشار متوسط کاهش می یابد . نقاط ورود ی در سیستم های توزیع تزریق انرژی ، به صورت شاخه های تغذیه می باشد ، که درشبکه های توزیع به اصطلاح «فیدر» نامیده می شوند . این فیدرها بر اساس توپولوژی شبکه تعریف می شوند و مورد نظر هر شبکه طراحی بوده ، ساختار سیستم توزیع را تشکیل می دهند .

ساختار فیدرهای سیستم توزیع

به طور اساسی فیدرهای شعاعی یک سیستم توزیع ، به دلیل عدم تداوم سرویس دهی سوال برانگیز بوده و بروز یک خطا روی هر یک از این فیدرها ، به خاموشی تعدادی از مصرف کنندگان می انجامد . هنگام استفاده از این آرایش ، توقف در سرویس دهی به صورت اجتناب ناپذیری وجود دارد . بنابراین استفاده از شبکه های حلقوی و یا رینگی مورد توجه قرار می گیرد . به عنوان تعریف : شبکه رینگی به مداری گفته می شود که از یک شینه آغاز شده پس از متصل کردن چند شینه به یکدیگر ، به همان نقطه شروع باز گردد. به عبارت دیگر ، رینگ ، حلقه ای است که می تواند بیش از یک پست را تغذیه کرده و بیشتر از یک نقطه ، قابل تغذیه باشد . مزیت اصلی شبکه رینگ قابلیت اطمینان مناسب و امکان گسترش آسان آن است ، اما تعداد دیژنکتورها و کلیدهای مورد نیاز زیاد و رله گذاری مشکل وپر خرج می شود . پس در شبکه های فعلی توزیع برق ، برای استفاده از قسمتی از قابلیت های شبکه های حلقوی وبه دلیل مشکلات جایگزینی و تجهیزات ذکر شده از سیستم حلقه باز یا شبکه با قابلیت تغذیه از دو سو در بین دو شینه یا پست توزیع استفاده می نمایند .

سطوح ولتاژ شبکه های توزیع

شبکه های فشار متوسط عمومی در ایران ، با ولتاژ 33 ، 20و11 کیلو واتی کار می کنند که در این میان ، ولتاژ 20 کیلو ولت رایج ترین آنها است و امروزه نیز ، ایجاد و توسعه شبکه های فشار متوسط به طور اساسی با ولتاژ 20 کیلو ولت صورت می گیرد . در برخی از شهرها نیز که از قدیم ولتاژ 11 کیلوولتی معمول بوده است ، رفته رفته جای خود را به 20 کیلو ولت داده اند . ولتاژ 33 کیلو ولتی فقط در خوزستان رایج است و در ابتدا به عنوان ولتاژ فوق توزیع به کار رفته می رفت . بدین معنی که از طریق خطوط 33 کیلو ولتی و ایستگاههای تبدیل 11/33 کیلو ولتی ولتاژ توزیع 11 کیلو ولتی تامین و برق به مراکز مصرف رسانده می شد و سپس با تبدیل 11 کیلو ولت به 400 ولت به مصرف می رسید . اما امروزه گرایش به تبدیل مستقیم ولتاژ از 33 کیلو ولت به 400 ولت بیشتر است و ایستگاه های مبدل 400/33000 ولتی به یکباره کار توزیع انرژی در سطح فشار متوسط را انجام می دهند . در حال حاضر ، هر دو حالت یاد شده در شبکه خوزستان وجود دارد . ازطرفی در آینده در شهرهای بزرگی همچون تهران ، ولتاژ فوق توزیع 63 کیلوولتی نیز جز سطوح ولتاژ فشار متوسط در طرف ولتاژ اولیه شبکه های توزیع قرار خواهد گرفت .

مقایسه سیستم های زمینی و هوایی

در بررسی محاسن و معایب بین شبکه های زمینی و هوایی ، باید توسعه همه جانبه سیستم های الکتریکی ونیز مقرون به صرفه بودن آن را مد نظر قرار داد . طبیعت ساختمانی ، چگونگی احداث ، بهره برداری و تجربه های نگهداری از این دو گونه سیستم توزیع ، برای مقایسه همه جانبه شبکه های هوایی با سیستم زمینی به شرح آورده شده است .

صرفه اقتصادی
مشکلات اجرایی
تعمیر و عیب یابی
حفظ زیبایی محیط و حریم ها
حادثه آفرینی و ایمنی

توسعه شبکه های توزیع

توجه شرکت های برق منطقه ای ، با توجه به پاسخ گویی به تقاضاها و برآوردن نیازهای روزافزون مشترکان برق ، توسعه شبکه های توزیع نیرورا به صورت یک فعالیت مستمردرصنعت برق درآورده است. این فعالیت همه ساله به طور مستمر ادامه دارد .

خطوط فشار متوسط ( ولتاژ اولیه )

شرکت های برق ، همزمان با ادامه برق رسانی به مشترکان جدید و قدیم ، کار احداث ، تقویت و توسعه خطوط فشارمتوسط را نیزادامه می دهند که میزان آن درکل کشورتا سال 1383به 278253کیلومتر مدار رسیده است. روند تغییرات طول خطوط فشارمتوسط درجدول 2 برای سال 1357 و سال های 1373 به بعد درج شده است .

خطوط فشار ضعیف ( ولتاژثانویه )

طول شبکه فشارضعیف کشور، تا سال1383 به 231042 کیلومتررسید که ازاین میزان ،205510 کیلومتر آن از نوع هوایی و 25532 کیلومتر از نوع کابل های زیرزمینی بود . افزایش طول خطوط فشار ضعیف در طی هر سال ، به طور متوسط به مقدار 8 هزار کیلومتر می باشد که نسبت به سال پیش از آن ، معادل 4 درصد نشان می دهد .

پست ها (ایستگاه های ) توزیع

آخرین مرحله تغییرسطح ولتاژ وعمل آوری انرژی برق به ولتاژقابل استفاده برای مصرف کنندگان، در پست ها ( ایستگاه های) توزیع انجام می گیرد و پس از آن ، برق آماده تحویل به مشترکان عادی می شود .این ایستگاه ها درشبکه برق کشوربه دوصورت زمینی ( نصب شده درساختمان ) و هوایی (نصب شده در هوای آزاد و روی پایه های برق ) رایج اند . پست های زمینی به محدوده داخلی شهرها و بعضی از مشترکان مصارف سنگین اختصاص دارند و ویژگی آنها ، نسبت به ایستگاه های هوایی ، ظرفیت نامی بالاترو قابلیت مانور روی شبکه از طریق تجهیزات موجود در آنها است . در بیرون از محدوده های شهری نوع رایج ، پست های هوایی است ( مگر به دلیل شرایط استثنایی ) .

یراق آلات خطوط هوایی شبکه های توزیع

یراق آلات مورد نیاز برای مونتاژ مقره ها و نیز برپایی سازه های خطوط هوایی شبکه های توزیع ، دارای تنوع و گونه های فراوانی است . بیشتر این اتصالات ، از فولاد گالوانیزه یا آلیاژ آلومینیوم و بعضی نیز از چدن نرم ( آهن مالیبل) ساخته شده اند که کلیه قطعات آهنی برای جلوگیری اززنگ زدگی باید به صورت گرم گالوانیزه شوند . همچنین به دلیل اهمیت کیفیت این قطعات ، علاوه برکنترل ضخامت گالوانیزه آنها باید از نظر کمترین مقاومت (کشش) مکانیکی مورد آزمایش قرار گیرند. بدیهی است در یک زنجیره مقره کششی که متشکل ازچندین قطعه اتصالات فلزی و نیزمقره های بشقابی می باشد ، ضعیف ترین حلقه ، نقطه پارگی آن سازه ها خواهدبود . بنابراین درطراحی مکانیکی و نکات استقامت مقره زنجیره ، باید انتخاب قدرت یکنواخت این یراق آلات رامد نظرقرارداد . با توجه به این که مقره بشقابی مورد کاربرد درشبکه های توزیع ایران ، اکثراً از نوع نر ومادگی ( Boll & Socket) یا نوع کلاهکی 15 هزار پوندی می باشد ، بدیهی است سیستم قفل کننده مقره دارای محل مادگی و اشپیل در همگی باید با این مقره ها هم خانواده بوده ، سیستم قفل کنندگی آنها به تناسب مقره انتخاب شوند . برای راحتی شناخت اتصالات ، درجدول 6، نام هریک از آنها آورده شده است .

کنسول ، کراس آرم و آرایش پایه ها

برای نگهداری هادی ها و مقره ها روی تیر ، از کنسول استفاده می شود . کراس آرم نوعی کنسول به شکل بازوی متقاطع با پایه ( به شکل صلیب ) است که درشبکه های توزیع برق به طور انبوه استفاده شده است . ساخت انواع کنسول و کراس آرم با شکل های گوناگون ، امکان پذیر است اما معیارهای الکتریکی و مکانیکی طراحی کنسول خطوط توزیع و کراس آرم های مناسب برای شرایط آب و هوایی و همچنین هادی های مختلف با در نظر گرفتن مسایل اقتصادی در ساخت و بهره برداری ، می تواند موجب تجدید نظر در طرح آنان شود .

محاسبات الکتریکی خطوط هوایی

برای برقراری ارتباط الکتریکی بین دو نقطه از طریق احداث خطوط هوایی ، ابتدا مسیر مناسب ( براساس اصول مسیر یابی ) توسط نقشه بردار ( در شبکه های توزیع پیکتاژچی ) انتخاب می گردد ، سپس نسبت به تهیه پلان و پیکتاژ و در موارد تکمیلی تر تهیه پلان و پروفیل مسیر ( با رعایت موازین مشخص ) اقدام می شود . فعالیت اصلی طراحی خطوط در شبکه توزیع از مبحث محاسبات الکتریکی آغاز می گردد که این مرحله ، خود شامل تعیین پارامترهای الکتریکی خط مورد نظر ، انتخاب مقاطع مناسب برای هادی ازجمله تعداد مدارها ،آرایش آنها وکنترل افت ولتاژ و تلفات توان ، جریان اتصال کوتاه و … خواهد بود . در نهایت ، هر خط پایدار دارای محاسبات مکانیکی و چگونگی رعایت فاصله های مجاز و حریم ها خواهد بود .

حریم خطوط هوایی شبکه های توزیع

در احداث یا اصلاح خط هوایی و یا تاسیسات الکتریکی با هادی های لخت و بدون روپوش عایق ، فواصل هوایی مجاز بین این خطوط برق دار و زنده با عناصر و طبیعت اطراف آن طبق قوانین ارایه شده در کلیه کشورهای جهان وتحت عنوان «حریم خطوط انتقال و توزیع نیروی برق » رعایت می شوند .ازجمله این استانداردها ،می توان به مواردمنتشرشده درNESC-1990 اشاره نمود. در ایران نیز قانون و تصویب نامه هایی در این رابطه صادر و حاکم می باشند .

محاسبات مکانیکی خطوط هوایی توزیع

به طورکلی ، طراحی مکانیکی خطوط هوایی توزیع ،برای هرخط انتقال انرژی هوایی ، از اساسی ترین مباحث در فرآیند تهیه طرح و نقشه های اجرایی می باشد . قوانین و دستورالعمل هایی حاکم بر منحنی سیم و پارامترهای طراحی ( ازجمله کشش وفلش هادی وحل معادلات تغییر وضعیت سیم ) است . این روابط براساس وزن سیم ، شرایط مختلف آب و هوایی ، بازه های مجاز فلش و کشش سیم و فاصله بین پایه ها در خطوط توزیع ، قابل تغییر خواهند بود ، که با استفاده از نمایش نتایج در جدول های کاربردی و منحنی های سیم کشی ، مقایسه و انتخاب می شوند .

مسیریابی و نقشه برداری خطوط هوایی توزیع

از مدت قبل ، « پیکتاژ » یا تعیین مرکز پایه ها توسط میخ کوبی ( به نام پیکه ) برای حفر چاله و نصب پایه ها ، همزمان با شروع اجرای خط هوایی ( با استفاده از دوربین نقشه برداری توسط شخصی به نام پیکتاژچی ) متداول بود . امروزه ، پیاده کردن مسیر عبور خطوط هوایی توزیع و همچنین تعیین محل و نوع پایه ها برای تیرهای بتونی ، چوبی و یا فلزی از روی نقشه طرح به عنوان یک فعالیت مهم قبل از اجرای خطوط توسط شرکت های توزیع مد نظر قرار می گیرد . با مهندسی شدن روش های اجرایی در شرکت های توزیع ، ضرورت تهیه طرح ، انجام مسیریابی و نقشه برداری برای پروژه های توسعه و احداث خطوط هوایی توزیع براساس استانداردهای مورد قبول وزارت نیرو ، مورد توجه قرار گرفته است ، به شکلی که انتخاب مسیر بهینه و ارایه نقشه « پلان و پیکتاژ » از مسیر خط هوایی و یا در صورت اهمیت تهیه « پلان و پروفیل » ازطرح خط پیشنهادی ، مورد توجه کلیه وفاتر طراحی قرار گرفته است . دراین راستا ، مسیریابی، از جمله اقدامات اولیه عملیات طراحی یک خط هوایی توزیع به شمار می رود و به علت نقش مهمی که در چگونگی قرارگیری خط هوایی در ارتباط با سایر تاسیسات و محیط و عوارض مجاور خود از یک طرف و تاثیر قابل توجهی که در هزینه اجرای آزادسازی و تحصیل مسیر و بهره برداری خط از طرف دیگر دارد ، مورد بررسی دقیق قرار خواهد گرفت .

آشنایی با شبکه های توزیع

مقدمه

بخشی از تحقیق

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “آشنایی با شبکه های توزیع” لغو پاسخ