اهمیت سیستم ها و شبکه های الکتریکی اعم از خطوط انتقال شبکه توزیع هوایی و زمینی

از آنجا که امروزه اهمیت سیستمها و شبکه های الکتریکی اعم از خطوط انتقال شبکه توزیع هوایی و زمینی در همه جوامع بشری را می توان به سلسله اعصاب آدمی تشبیه نمود چنانچه خللی در قسمتی از سیستم انتقال و یا توزیع در گوشه ای از کشور رخ دهد اثر خود را در تمامی جامعه کم و بیش می گذارد خصوصا با پیشرفت جوامع در همه سطوح زندگی لزوم نیاز به وجود سیستم توزیع و انتقال انرژی الکتریکی همگون و منظم افزایش می یابد از این رو بالا بردن کیفیت خطوط انتقال و شبکه های توزیع دیگر متعلقات آن ایجاد نظم و هماهنگی در کارهای مربوطه و رفع نواقص و کمبودها می تواند شرایط زندگی بهتری را برای جامعه فراهم نماید. در شرایط فعلی جامعه که پیشرفت در امور صنعتی را ایجاب می نماید توسعه بخش انتقال و خصوصا توزیع انرژی الکتریکی اهمیت بیشتری پیدا کرده است .

زیرا در قیاس انواع انرژی ها؛ انرژی الکتریکی بسیار اقتصادی و بدور از هر گونه عوارض و ضایعات جانبی و از همه مهمتر اینکه نسبت به سایر انرژی ها و بطور کلی مانور آن در استفاده های گوناگون در زندگی زیاد می باشد.

بطور خلاصه می توان محاسن و مزایای انرژی الکتریکی در قیاس با سایر انرژیها را به موارد زیر اشاره نمود:

1. انتقال مقادیر زیادی انرژی الکتریکی به آسانی امکان پذیر است.
2. انتقال این انرژی به فواصل طولانی به آسانی امکان پذیر است.
3. تلفات این انرژی در طول خطوط انتقال و توزیع کم و دارای راندمان نسبتا بالایی می باشد
4. قابلیت کنترل و تبدیل و تغییر این انرژی به سایر انرژیها به آسانی امکان پذیر است.

بطور کلی سیستم انرژی الکتریکی دارای 3 قسمت اصلی می باشد:

1. مرکز تولید نیرو ( توسط نیروگاه )
2. خطوط انتقال نیروی برق
3. شبکه های توزیع نیروی برق

موارد مهمی که همواره باید مورد توجه و عمل شرکتهای توزیع برق قرار گیرد عبارتند از:

1. زیبای و همگونی شبکه های هوایی
2. استحکام و دوام و پایداری شبکه پیش بینی شده باشد.
3. جنبه اقتصادی شبکه های توزیع مورد توجه قرار گیرد.

لازم به ذکر است که سه مورد اخیر در محیط و موقعیت و شرایط گوناگون می تواند متفاوت باشد.

به عنوان مثال در جایی زیبای اهمیت و اولویت را دارا می باشد و در جایی دیگر استحکام و پایداری شبکه و در موارد و موقعیت دیگر علاوه بر موارد فوق امر اقتصادی را مورد توجه قرار داد. عدم رعایت شرایط و موارد فوق باعث اتلاف هزینه و انرژی و ایجاد نابسامانی را در پی خواهد داشت.

مقایسه شبکه های هوایی و زمینی

خطوط انتقال و توزیع را ممکن است به صورت هوایی و زمینی کشید.

بوسیله موارد زیر آنها را می توان با یکدیگر مقایسه کرد:

1. احداث شبکه های هوایی آسان تر است در صورتی که برای احداث شبکه های زمینی اولا باید مسیر مناسب باشد و ثانیا احتیاج به احداث کانال می باشد.
2. احداث شبکه های هوایی ارزانتر از شبکه های زمینی است.
3. عیب یابی و رفع عیب شبکه های هوایی آسانتر است. زیرا بیشتر عیوب آن با چشم دیده می شود.ولی پیدا کردن عیب در شبکه های زمینی به دستگاه های عیب یاب نیاز دارد.
4. همانطور که ولتاژ خطوط انتقال افزایش می یابد هزینه کابلهای شبکه های زمینی افزایش می یابد.
5. در شبکه های زمینی به افراد متخصص بیشتری نیاز است.
6. در شهرها و مناطق پر جمعیت برای حفظ زیبایی شهر معمولا از شبکه های زمینی استفاده می شود.

مشخصات مکانیکی و الکتریکی خطوط هوایی

کار یک خط هوایی ‚ انتقال انرژی الکتریکی می باشد و اساسا از لوازم زیر تشکیل می گردد:

1. نگهدارنده های خطوط
2. هادیها
3. کراس آرم ‚ بازوها ‚ مقره ها و دیگر متعلقات پایه

یک خط انتقال انرژی علاوه بر مشخصات الکتریکی دلخواه بایستی از لحاظ مکانیکی هم قابل اطمینان باشد. زیرا در غیر اینصورت با هر تغییر وضعیت جوی بایستی منتظر خرابی و از کار افتادن خط باشیم.

در موقع طرح یک خط بایستی تمام عوامل را در نظر بگیریم. چنانچه خط را از نظر مکانیکی ضعیف طرح کنیم از لحاظ اقتصادی ارزان تمام می شود ولی در اثر تغییر شرایط جوی زود دچار خرابی می شود. همچنین اگر خط را خیلی قوی طرح کنیم قابلیت اطمینان آن زیاد می شود ولی از نظر اقتصادی با صرفه نخواهد بود. بنابراین برای داشتن یک طرح صحیح بایستی تمام شرایط و عوامل را در نظر گرفت:

1. زیبایی شبکه
2. اقتصادی بودن شبکه
3. استحکام و ایمن بودن شبکه

نگهدارنده های خطوط (Lin support)

برای حمل سیمهای هوایی از سیمهای نگهدارنده استفاده می گردد. آنچه که از نگهدارنده های خطوط یا پایه های انتظار می رود از قرار زیر می باشد:

1. بایستی از نظر مکانیکی قوی بوده و دارای ضریب اطمینان حداقل 5/2 باشد.
2. بایستی بدون کم شدن مقاومت آنها ‚ از نظر وزن سبک باشند.
3. ارزان باشند
4. دارای عمر طولانی باشند.
5. از نظر نصب یا مونتاژ تجهیزات خطوط و دسترسی به آنها آسان باشد.
6. دارای شکل ظاهری خوبی باشند.

بطور کلی نگهدارنده های خطوط هوایی به دو دسته پایه ها  یا تیرها و دکلها یا برجها تقسیم می شود.

نصب برقگیر شبکه توزیع

برقگیر ها بایستی روی همان پایه ای که وسیله مورد حفاظت مانند ترانسفورماتور نصب شده است نصب شود.

سیمهایی که از خط به برقگیرها بسته می شود بایستی تا آنجایی که امکان دارد کوتاه و مستقیم باشند زیرا عمل برقگیر را تسریع می نماید.

هدف از بکار بردن اتصال زمین ( ارت )

1. باعث می شود دستگاههای برقگیر به درستی عمل نمایند.
2. تسریع کافی جهت کشف اتصالات م اشکالات توسط رله ها را فراهم می سازد و عیب سیستم به فوریت برطرف می شود.
3. مانع از افزایش ولتاژ سیستم در اثر بروز اتصالی و افت ولتاژ بر اثر عدم تعادل بار می شود.
4. محافظت جان کارکنان اعم از اپراتور ‚ تعمیرکار و غیره در مقابل برق زدگی را باعث می شود.
5. حفاظت دستگاه های الکتریکی

انواع زمین کردن

در تاسیسات الکتریکی و برقی دو نوع زمین کردن ( ارت ) وجود دارد:

• الف ) زمین کردن حفاظتی
• ب ) زمین کردن الکتریکی

روشهای اتصال زمین

1. الکترود میله ای فولادی با حداقل قطر 15میلی متر
2. الکترود میله ای فولادی با روکش مسی
3. الکترود نواری ـ تسمه فولادی قلع اندود با ضخامت 3 میلیمتر و عرض 100 میلی متر به طول لازم
4. تسمه مسی ـ دارای حداقل عرض 50 میلی متر و ضخامت 2 میلیمتر می باشد. در عمق 5/. تا یک متری سطح زمین قرار می گیرد.

انواع مبدلها

موتورهایی که عموماً در محرکه های سرعت متغیر بکار می روند موتورهای القایی ، dc و سنکرون هستند . برای کنترل موتورهای القایی ، یک منبع ac با فرکانس ثابت و ولتاژ متغیر یا یک منبع ac با ولتاژ یا جریان متغیر و فرکانس متغیر لازم  است. موتورهای سنکرون به یک منبع فرکانس متغیر با ولتاژ یا جریان متغیر نیاز دارند برای کنترل موتورهای dc یک منبع ولتاژ dc متغیر لازم است . منبع ولتاژ dc  متغیر برای کنترل موتورهای القایی و سنکرون نیز بکار می رود.

در حالت ایده آل مطلوب آن است که برای یک سرعت تنظیم شده ،سرعت موتور با تغییر گشتاور بار از بی باری تا بار کامل ثابت بماند. در عمل سرعت با افزایشی در گشتاور بار افت می کند. تنظیم سرعت به صورت زیر تعریف می شود.

مبدل نیمه هادی قدرت

معمولاً مشخصه طبیعی سرعت – گشتاور یک موتور با تمام نیازهای بار منطبق نیست . بنابراین یک مبدل نیمه هادی قدرت بین منبع و موتور قرار می گیرد تا مشخصه های مورد نیاز بار تامین شود . مبدل نیمه هادی قدرت (مبدل)  انتقال قدرت از منبع به موتور را به نحوی تنظیم می کند که مشخصه های سرعت – جریان و سرعت – گشتاور با نیازهای بار سازگار باشد. فرمانهای کنترلی مبدل در یک واحد کنترل ساخته می شود که در سطوح ولتاژ و قدرت خیلی پایین کار  می کند . واحد کنترلی شامل مدارهای مجتمع خطی و دیجیتالی و ترانزیستورها می باشد . سیگنال فرمان که نقطه کار محرکه را تنظیم می کند یکی از ورودیهای واحد کنترل را تشکیل می دهد به دو دلیل واحد کنترلی از مدار قدرت جداسازی الکتریکی می شود : اولاً در صورت عملکرد ناصحیح مبدل ممکن است منجر به اتصال ولتاژ مدار قدرت  به واحد کنترل شود این امر می تواند باعث آسیب واحد کنترل شود و سلامت فردی که با مبدل کار می کند به خطر بیفتد. ثانیاً :مبدلها مقدار زیادی هارمونیک تولید می کنند و در صورت عدم ایزولاسیون هارمونیک ها می توانند وارد واحد کنترلی شوند و در کار آن اختلال ایجاد کنند.

ترمز الکتریکی

در این حالت جریان در مدار معادل حالت دائمی ماشین گشتاوری را در جهت مثبت تولید می کند و انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی می کند که توسط بار جذب می شود . اگر به طریقی جهت جریان آرمیچر عوض شود در حالیکه جهت شار ثابت باقی بماند. گشتاور موتور معکوس شده و ماشین با دریافت انرژی مکانیکی از بار و تبدیل آن به انرژی الکتریکی به صورت یک ژنراتور کار خواهد کرد. انرژی مکانیکی از بار یا  از انرژی ذخیره شده در اینرسی سیستم موتور بار یا از گشتاور فعال بار بدست می آید. عمل ترمزی بر حسب اینکه انرژی الکتریکی تولید شده چگونه بکار گرفته شود دسته بندی می شود. سه روش ترمز برای یک موتور DC وجود دارد .

1. ترمز ژنراتوری ( Regenerative braking )
2. ترمز دینامیکی یا ترمز رئوستایی ( Dynamic braking )
3. ترمز با اعمال ولتاژ معکوس (Plugging )

کنترل توسط یکسو کننده های قابل کنترل

محرکه های DC که با یکسوکننده های قابل کنترل تغذیه می شوند، بطور گسترده در کاربردهایی که به یک محدوده وسیع کنترل سرعت و یا راه اندازی های مکرر ، ترمز، و تعویض جهت چرخش نیاز دارند  بکار برده می شوند . از جمله می توان به کاربردهایی نظیر غلطکهای صنایع کاغذ . صنایع چوب ، ماشینهای حفاری معادن و ماشینهای ابزار اشاره نمود. نمودار خطی یک محرکه موتور dc تحریک جداگانه تغذیه شده با یک یکسو کننده قابل کنترل در شکل زیر نشان داده شده است. حداکثر ولتاژ خروجی یکسو کننده در شرایط جریان پیوسته بایستی برابر با ولتاژ نامی آرمیچر موتور باشد . اگر مقدار ولتاژ منبع بقدری باشد که این شرط برقرار شود، یکسو کننده بطور مستقیم به منبع متصل می شود. در غیر اینصورت استفاده از ترانسفورمر با نسبت تبدیل مناسب  بین منبع ac و یکسو کننده الزامی است. گاهی اوقات به منظور کاهش اعوجاج در جریان موتور از یک فیلتر اندوکتانسی بین یکسو کننده و آرمیچرموتور استفاده می شود این امر باعث بهبود عملکرد موتور می شود.

• مقدمه – 1
• مقایسه شبکه های هوایی و زمینی – 4
• مشخصات مکانیکی و الکتریکی خطوط هوایی – 4
• نگهدارنده های خطوط  – 6
• پایه ها – 7
• برجها و دکلهای فولادی – 13
• کراس آرم یا کنسول و انواع آن – 13
• هادیهای خطوط توزیع و انتقال – 17
• مقره های خطوط هوایی  – 20
• انواع کلمپ – 25
• ترانسفورماتور – 28
• انواع برقگیر و نصب آن – 31
• فلش یا شکم سیم – 32
• روشهای کاهش مقاومت اهمی زمین – 35
• انواع مبدلها – 37
• ترمز الکتریکی و لزوم آن – 39
• موتور DC – 40
• ترمز الکتریکی  – 43
• روشهای کنترل سرعت موتورهای DC – 46
• کنترل سرعت توسط یکسو کننده های قابل کنترل – 48
• یکسو کننده ها با دیود هرزگرد کنترل شده – 51
• کنترل توسط برشگرها – 51