آشنایی با شبکه توزیع برق (بخش اول)

صنعت برق یکی از حیاتی ترین صنایع یک کشور به حساب می آید . در این میان ، شبکه های توزیع انرژی الکتریکی ، محل تلاقی مشترکین صنعت برق می باشد و اشکالات سیستم توزیع در این صنعت ، از دید مصرف کنندگان ، مشکل کلیه صنعت برق قلمداد خواهد شد . توسعه روز افزون ، عدم پیش بینی صحیح این روند و عقب ماندگی تکنولوژی ، همواره مشکلاتی را در سیستم توزیع انرژی الکتریکی به همراه داشته است . با توجه به اینکه ۳۵ درصد از سرمایه گذاری های صنعت برق ، به بخش توزیع مربوط است و عدم طراحی صحیح ، هدایت سیستم بدون برنامه ریزی و تعیین اهداف بدون کنترل پروژه ها ، موجبات اعمال ضرر به سرمایه ملی ، اتلاف انرژی وعدم رضایت و بدبینی مشترکین را به دنبال داشته است ، بنابراین لزوم آموزش و انتقال دانش ، نوآوری ، رعایت نکات فنی و استانداردها، نظارت ، کنترل و ارزیابی در سیستم های توزیع شدیداً احساس می شود .
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 .
انرژی الکتریکی ، در نیروگاهها ی حرارتی توسط سوخت های فسیلی ، یا پس از صرف هزینه های سنگین ، با استفاده از پتانسیل آب سدها در توربین های آبی تولید شده از طریق خطوط انتقال انرژی ، به مراکز مصرف انتقال می یابند . در این مراکز ، ایستگاه های تبدیل ، سطح ولتاژ را کاهش می دهند . این ولتاژ متوسط به وسیله شبکه های توزیع به محل مصرف کننده خواهد رسید . در محل مصرفی نیز، به کمک ایستگاههای ترانسفورماتوری توزیع ، ولتاژ به حد قابل استفاده برای مصارف خانگی ، صنعتی ، تجاری ، عمومی، کشاورزی و … تبدیل شده و به مصرف می رسد. سیستم های قدرت ، وظیفه تامین انرژی الکتریکی رااز مرحله تولید تا مصرف به عهده دارند . این سیستم ها به چهار بخش عمده تولید ، انتقال ، توزیع و سرویس به مشترکین تقسیم می شود . امروزه ، باتوجه به گستردگی فعالیت های چرخه تامین برق در انواع مراحل «تولید ، انتقال ، توزیع برق و خدمات بعداز فروش به مشترکین »، لزوم توجه بیشتر و اختصاصی تر به هر کدام از این شاخه های صنعت برق را جدی تر کرده است .
ضرورت آموزش و استفاده از تخصص نیروی انسانی در هر یک از این بخش ها ، باعث شد تا براساس نوع فعالیت آن ها وزارت نیرو به شرکت ها و سازمانها ی وابسته تقسیم گردد . که البته به دلیلی تفاوت زیاد این فعالیت ها معمولاً هر یک توسط تشکیلات جداگانه ای اداره می شوند .
در اوایل توسعه استفاده از انرژی برق ، سیستم های توزیع اغلب جزو نیروگاه ها بودند ، که با گسترش بهره گیری از انرژی الکتریکی ، تقاضا از سیستم های توزیع نیرو بیشتر و بسیار پیچیده تر شد . این سیستم ها نه تنها مجبور بودند که تعداد زیادی از مصرف کنندگان را سرویس بدهند ، بلکه باید بارهای انفرادی بزرگ را نیز تغذیه می کردند که امروزه ، نیاز به نظارت دقیق تر وطراحی جامع تری را از لحاظ رعایت افت ولتاژ و کیفیت برق با قابلیت اطمینان بالا در سرویس دهی می طلبد . بنابراین «مهدسی توزیع نیرو » به طور پیوسته ، با پهنه گسترده ای از مسایل مواجه است که خود از نظر اقتصادی ، طراحی ، مباحث علمی برای ساخت ، تعمیر وبهره برداری بهینه ، به صورت یک شاخه علمی در زمینه مهندسی برق تبدیل شده است . با گسترش بهره برداری از برق ،تقاضاهای مصرف کنندگان ازسیستم های توزیع نیرو نیز بیشتر و بسیار متنوع تر شد . این سیستم ها نه تنها مجبورند که تعداد زیادی ا زمصرف کنندگان شهری را سرویس بدهند بلکه باید بارهای انفرادی از جمله صنایع و کارگاه های تولیدی ، چاه های آب کشاورزی ، مناطق دوردست روستایی را نیز تحت پوشش نیرورسانی قرار دهند که در این حالت ، نیاز به نظارت و رسیدگی دقیق تر به سطح تغییرات ولتاژ در اشعابات مشترکین وجود خواهد داشت . از سوی دیگر امروزه مصرف کنندگان ، چنان قابلیت اطمینانی از سرویس دهی خواستارند که در آن ، دفعات قطع برق کمتر و مدت خاموشی در زمان های کوتاه تر باشد . بنابراین ، توجه به امر طراحی ، احداث ، تعمیرونگهداری سیستم های توزیع ، خود یک مبحث علمی روز شده و برای رعایت اصول فنی و اقتصادی در این شاخه از صنعت برق نیاز روزافزونی به چشم می خورد .

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 وبه کار گرفته شد به شکلی که تکنیک های جدید و بسیار کارآمدی را برای تعمیر ، بهره برداری و احداث شبکه های توزیع ، برای برپاداشتن 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 .
عوامل دیگری نیز وجود دارد که بر طراحی ، احداث و بهره برداری از سیستم های توزیع تاثیر گذاشته در حالی که بسیاری از آنها طبیعت فنی ندارند ، از این جمله اند مسایل اقتصاد – مهندسی که مهمترین نقش را در این زمینه ایفا می کنند ، مسایلی همچون نرخ برگشت سرمایه ، ارزش آتی سرمایه گذاری های فعلی ، همچنین ارزش فعلی هزینه ها در آینده ، نرخ تورم ، مسایل تامین مالی ، بودجه و مالیات هستند . ازدیگر مشکلات می توان به حریم های خطوط برقدار ، حفظ و نگهداری اراضی ، قطع درختان و مسایل محیط زیست اشاره کرد. الگوی رشد درآینده ،آیین نامه های تعرفه های برق وافزایش توقع مصرف کنندگان، تلاش برای جلب رضایت مشترکین ، تامین و آموزش نیروی انسانی ماهر و متخصص را طلب می کند .
از آنجایی که مهندسین توزیع ، با سیستم های موجود کار می کنند ، بنابراین تحلیل وضعیت تاسیسات فعلی ، عملیات اصلاح و بهینه سازی روی آنها و همچنین تشریح بعضی از تغییرات و تحولات ، امری مطلوب خواهد بود . درحال حاضر ، بیشتر سیستم های توزیع ، به صورت هوایی می باشند و صرفنظر از افزایش شبکه های کابل زمینی ، سیستم های توزیع هوایی برای مدتی به همین گستردگی ادامه خواهد داشت .
استفاده از خطوط هوایی ، امکان استفاده از انرژی برق به دورترین نقاط کشور را نیز فراهم آورده است . امروزه ،علم مهندسی توزیع ، به عواملی محیطی احاطه داشته وبیش از پیش ، درپی ابتکارونوآوری برای حل این مشکل می باشند . درطرح های جدید شبکه های هوایی ، علاوه بر رعایت کردن استانداردهای موجود ، عوامل زیست محیطی را نیز در طراحی آن مد نظر قرارمی دهند تا سازه های خطوط توزیع ، کمترین مزاحمت راایجاد نمایند . در این زمینه حتی در کشورهای پیشرفته نیز یکسان کردن پایه های خطوط توزیع برق، شبکه های مخابراتی و شبکه روشنایی معابرو اجرا یآن روی پایه هایی با ارتفاع های توافق شده برای انواع هادی ها ، به مورداجرا گذاشته شده است .
مهندسین توزیع برق صرف نظر از برخی دیدگاه های متداول ، باید به جنبه های دیگر مثل معماری و شهرسازی ، همخوانی سازه ها با محیط اطراف همچنین شهر وعوامل دیگر محیطی نیز توجه داشته باشند . البته این حقیقت رانمی توان از نظر دور داشت که رعایت حریم خطوط فشار متوسط برقدار از یک طرف ، و منظره ردیف پایه های خطوط توزیع هوایی از طرف دیگر ، فقط برای مهندسین توزیع زیبا به نظر می رسد . احداث فقط یک خط هوایی ، به ظاهر محیط اطراف لطمه وارد کرده همه ساله ، باعث قطع درختان ومرگ پرندگان دربرخورد باجمپرها واتصالات آنها می شود . پیشرفت های جدید دمورد انواع کنسول ها ، مقره های اتکایی به عنوان عایق و کنسول به طور یک جا و حتی شکل ، اندازه ورنگ پایه ها ، طوری طراحی شده اند که تنوع و زیبایی محیط را کمتر به هم زده از ایجاد مناظر و اتفاقات بد جلوگیری کنند .
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 میباشد ، 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 دراین زمینه،به میلیاردها دلارمیرسد . عدم تامین منابع مالی در این بخش ، استراتژی نامناسب طراحی و بهره برداری و همچنین رواج فرهنگ استادکاری باعث شده تاشبکه 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 رشدانرژی 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 وقابلیت 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 وروش های مناسب در طراحی آن ها منجر می شود لازم است که ساختار این شبکه درکل 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 . فیدرها می توانندبه صورت خطوط هوایی یاشبکه کابل زمینی بوده به شکل ولتاژ فشار متوسط یا درسطح ولتاژ فشار ضعیف به کار بروند . درطراحی سیستم های توزیع ، باید سه گزینه زیر از قبل تعیین و مورد توجه قرار گیرند :
۱- ساختار سیستم توزیع : شعاعی ، حلقوی ( رینگی ) ،تغئیه از دو سو ( تبدیلی ) و شبکه های غرابلی
۲- سطح ولتاژ توزیع برق : به صورت فشار متوسط ( طرف اولیه ) و یا فشارضعیف (طرف ثانویه ) . شکل ۴ دیاگرام شماتیک سیستم های توزیع ر نشان می دهد .
۳- نوع ساختمان شبکه : شبکه های هوایی ، سیستم زیرزمینی .

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 ازمصرف کنندگان می انجامد . هنگام استفاده از این آرایش ، توقف در سرویس ده یبه صورت اجتناب ناپذیری وجود دارد . بنابراین استفاده از شبکه های حلقوی و یارینگی مورد توجه قرار می گیرد . به عنوان تعریف : شبکه رینگی به مداری گفته می شود که ا زیک شینه آغازشده 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 دیژنگتورها وکلیدهای 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 .
بر طراحی فیدرهای اولیه ، عوامل مهم بسیاری اثر می گذارند که مهمترین آن ها عبارتند از :چگالی ورشد بار ، نیاز به ایجاد ظرفیت خالی برای بهره برداری در حالت اضطراری ، ساختار مدار مورد استفاده طرح ، ظرفیت پست فوق توزیع مربوط به آن ، تلفات ، سطح ولتاژ و نیز سایر استانداردهای سرویس دهی . در برخی از موارد ، افت ولتاژ نقش مهمی در طراحی فیدرهای اولیه به عهده دارند . افت ولتاژ کل باید در طول فیدر اولیه ، پست های توزیع ، مدارهای ثانویه واتصالات سرویس مصرف کننده ، به گونه ای مناسب تقسیم شود ؛ البته این تقسیم بندی به نوع ساختار مدار اولیه و ثانویه ، و ترانسفورماتور به کار رفته نیز بستگی دارد .

 

ادامه در آشنایی با شبکه توزیع برق (بخش دوم)

منبع برق نیوز

  • ارسال شده توسط : فناوری اطلاعات
  • ۲ آبان, ۱۳۹۶