آشنایی با شبکه توزیع برق (بخش اول)

صنعت برق يكي از حياتي ترين صنايع يك كشور به حساب مي آيد . در اين ميان ، شبكه هاي توزيع انرژي الكتريكي ، محل تلاقي مشتركين صنعت برق مي باشد و اشكالات سيستم توزيع در اين صنعت ، از ديد مصرف كنندگان ، مشكل كليه صنعت برق قلمداد خواهد شد . توسعه روز افزون ، عدم پيش بيني صحيح اين روند و عقب ماندگي تكنولوژي ، همواره مشكلاتي را در سيستم توزيع انرژي الكتريكي به همراه داشته است . با توجه به اينكه 35 درصد از سرمايه گذاري هاي صنعت برق ، به بخش توزيع مربوط است و عدم طراحي صحيح ، هدايت سيستم بدون برنامه ريزي و تعيين اهداف بدون كنترل پروژه ها ، موجبات اعمال ضرر به سرمايه ملي ، اتلاف انرژي وعدم رضايت و بدبيني مشتركين را به دنبال داشته است ، بنابراين لزوم آموزش و انتقال دانش ، نوآوري ، رعايت نكات فني و استانداردها، نظارت ، كنترل و ارزيابي در سيستم هاي توزيع شديداً احساس مي شود .
لزوم توجه و آشنايي با توزيع انرژي الكتريكي :
با هر قدمي كه در زندگي برداشته مي شود ، وابستگي جوامع بشري به منابع انرژي الكتريكي بيشتر احساس مي شود ؛ در اين ميان ، ارتباط بين منبع تغذيه و مصرف كنندگان ، به نام سيستم توزيع انرژي نقش حياتي را ايفا مي كند . اين سيستم نه تنها از نظر كميت توزيع انرژي الكتريكي اهميت دارد ، بلكه از نظر ارائه و استمرار تامين برق نيز با استانداردهاي معتبر در كيفيت مطلوب مورد توجه قرار گرفته است .
انرژي الكتريكي ، در نيروگاهها ي حرارتي توسط سوخت هاي فسيلي ، يا پس از صرف هزينه هاي سنگين ، با استفاده از پتانسيل آب سدها در توربين هاي آبي توليد شده از طريق خطوط انتقال انرژي ، به مراكز مصرف انتقال مي يابند . در اين مراكز ، ايستگاه هاي تبديل ، سطح ولتاژ را كاهش مي دهند . اين ولتاژ متوسط به وسيله شبكه هاي توزيع به محل مصرف كننده خواهد رسيد . در محل مصرفي نيز، به كمك ايستگاههاي ترانسفورماتوري توزيع ، ولتاژ به حد قابل استفاده براي مصارف خانگي ، صنعتي ، تجاري ، عمومي، كشاورزي و … تبديل شده و به مصرف مي رسد. سيستم هاي قدرت ، وظيفه تامين انرژي الكتريكي رااز مرحله توليد تا مصرف به عهده دارند . اين سيستم ها به چهار بخش عمده توليد ، انتقال ، توزيع و سرويس به مشتركين تقسيم مي شود . امروزه ، باتوجه به گستردگي فعاليت هاي چرخه تامين برق در انواع مراحل «توليد ، انتقال ، توزيع برق و خدمات بعداز فروش به مشتركين »، لزوم توجه بيشتر و اختصاصي تر به هر كدام از اين شاخه هاي صنعت برق را جدي تر كرده است .
ضرورت آموزش و استفاده از تخصص نيروي انساني در هر يك از اين بخش ها ، باعث شد تا براساس نوع فعاليت آن ها وزارت نيرو به شركت ها و سازمانها ي وابسته تقسيم گردد . كه البته به دليلي تفاوت زياد اين فعاليت ها معمولاً هر يك توسط تشكيلات جداگانه اي اداره مي شوند .
در اوايل توسعه استفاده از انرژي برق ، سيستم هاي توزيع اغلب جزو نيروگاه ها بودند ، كه با گسترش بهره گيري از انرژي الكتريكي ، تقاضا از سيستم هاي توزيع نيرو بيشتر و بسيار پيچيده تر شد . اين سيستم ها نه تنها مجبور بودند كه تعداد زيادي از مصرف كنندگان را سرويس بدهند ، بلكه بايد بارهاي انفرادي بزرگ را نيز تغذيه مي كردند كه امروزه ، نياز به نظارت دقيق تر وطراحي جامع تري را از لحاظ رعايت افت ولتاژ و كيفيت برق با قابليت اطمينان بالا در سرويس دهي مي طلبد . بنابراين «مهدسي توزيع نيرو » به طور پيوسته ، با پهنه گسترده اي از مسايل مواجه است كه خود از نظر اقتصادي ، طراحي ، مباحث علمي براي ساخت ، تعمير وبهره برداري بهينه ، به صورت يك شاخه علمي در زمينه مهندسي برق تبديل شده است . با گسترش بهره برداري از برق ،تقاضاهاي مصرف كنندگان ازسيستم هاي توزيع نيرو نيز بيشتر و بسيار متنوع تر شد . اين سيستم ها نه تنها مجبورند كه تعداد زيادي ا زمصرف كنندگان شهري را سرويس بدهند بلكه بايد بارهاي انفرادي از جمله صنايع و كارگاه هاي توليدي ، چاه هاي آب كشاورزي ، مناطق دوردست روستايي را نيز تحت پوشش نيرورساني قرار دهند كه در اين حالت ، نياز به نظارت و رسيدگي دقيق تر به سطح تغييرات ولتاژ در اشعابات مشتركين وجود خواهد داشت . از سوي ديگر امروزه مصرف كنندگان ، چنان قابليت اطميناني از سرويس دهي خواستارند كه در آن ، دفعات قطع برق كمتر و مدت خاموشي در زمان هاي كوتاه تر باشد . بنابراين ، توجه به امر طراحي ، احداث ، تعميرونگهداري سيستم هاي توزيع ، خود يك مبحث علمي روز شده و براي رعايت اصول فني و اقتصادي در اين شاخه از صنعت برق نياز روزافزوني به چشم مي خورد .

پيشرفت سيستم هاي توزيع :
به موازات توسعه شبكه هاي توزيع برق، نوآوري در وسايل الكتريكي ، اختراع مواد بسيار مناسب ، تكامل تجهيزات و ابزارآلات پيشرفته ، روز به روز جايگزين وبه كار گرفته شد به شكلي كه تكنيك هاي جديد و بسيار كارآمدي را براي تعمير ، بهره برداري و احداث شبكه هاي توزيع ، براي برپاداشتن يك سيستم توزيع اقتصادي ، انتخاب صحيح اندازه هاي هادي ها ، عايق ها ، ترانسفورماتورها و ديگر اجزا، موجب شد تا براي يك سيستم با قابليت اطمينان بالا به بهره برداري هاي اضطراري ناشي از بارهاي اضافه نياز كمتري داشته و به طور كلي ، تاسيسات براي تقاضاي بيشتر آينده جوابگو باشد . در چنين سيستمي تلفات كاهش خواهد يافت . از طرف ديگر ، مباحث جديدي در زمينه سيستم هاي توزيع از جمله مديريت مصرف و بار ، مكانيزاسيون ، ديسپاچينگ توزيع و دستگاههاي كنترل از راه دور ، سيستم هاي ديجيتالي و الكترونيكي در اندازه گيري و كنترل معرفي و ساخته شه است . همه موارد گفته شده ارتباط مهندسي شدن شبكه هاي توزيع را با بهبود كيفيت سرويس دهي الكتريكي و همچنين كاهش تلفات و بهره برداري بهينه و خودكار از سيستم توزيع را نويد مي دهد .
عوامل ديگري نيز وجود دارد كه بر طراحي ، احداث و بهره برداري از سيستم هاي توزيع تاثير گذاشته در حالي كه بسياري از آنها طبيعت فني ندارند ، از اين جمله اند مسايل اقتصاد – مهندسي كه مهمترين نقش را در اين زمينه ايفا مي كنند ، مسايلي همچون نرخ برگشت سرمايه ، ارزش آتي سرمايه گذاري هاي فعلي ، همچنين ارزش فعلي هزينه ها در آينده ، نرخ تورم ، مسايل تامين مالي ، بودجه و ماليات هستند . ازديگر مشكلات مي توان به حريم هاي خطوط برقدار ، حفظ و نگهداري اراضي ، قطع درختان و مسايل محيط زيست اشاره كرد. الگوي رشد درآينده ،آيين نامه هاي تعرفه هاي برق وافزايش توقع مصرف كنندگان، تلاش براي جلب رضايت مشتركين ، تامين و آموزش نيروي انساني ماهر و متخصص را طلب مي كند .
از آنجايي كه مهندسين توزيع ، با سيستم هاي موجود كار مي كنند ، بنابراين تحليل وضعيت تاسيسات فعلي ، عمليات اصلاح و بهينه سازي روي آنها و همچنين تشريح بعضي از تغييرات و تحولات ، امري مطلوب خواهد بود . درحال حاضر ، بيشتر سيستم هاي توزيع ، به صورت هوايي مي باشند و صرفنظر از افزايش شبكه هاي كابل زميني ، سيستم هاي توزيع هوايي براي مدتي به همين گستردگي ادامه خواهد داشت .
استفاده از خطوط هوايي ، امكان استفاده از انرژي برق به دورترين نقاط كشور را نيز فراهم آورده است . امروزه ،علم مهندسي توزيع ، به عواملي محيطي احاطه داشته وبيش از پيش ، درپي ابتكارونوآوري براي حل اين مشكل مي باشند . درطرح هاي جديد شبكه هاي هوايي ، علاوه بر رعايت كردن استانداردهاي موجود ، عوامل زيست محيطي را نيز در طراحي آن مد نظر قرارمي دهند تا سازه هاي خطوط توزيع ، كمترين مزاحمت راايجاد نمايند . در اين زمينه حتي در كشورهاي پيشرفته نيز يكسان كردن پايه هاي خطوط توزيع برق، شبكه هاي مخابراتي و شبكه روشنايي معابرو اجرا يآن روي پايه هايي با ارتفاع هاي توافق شده براي انواع هادي ها ، به مورداجرا گذاشته شده است .
مهندسين توزيع برق صرف نظر از برخي ديدگاه هاي متداول ، بايد به جنبه هاي ديگر مثل معماري و شهرسازي ، همخواني سازه ها با محيط اطراف همچنين شهر وعوامل ديگر محيطي نيز توجه داشته باشند . البته اين حقيقت رانمي توان از نظر دور داشت كه رعايت حريم خطوط فشار متوسط برقدار از يك طرف ، و منظره رديف پايه هاي خطوط توزيع هوايي از طرف ديگر ، فقط براي مهندسين توزيع زيبا به نظر مي رسد . احداث فقط يك خط هوايي ، به ظاهر محيط اطراف لطمه وارد كرده همه ساله ، باعث قطع درختان ومرگ پرندگان دربرخورد باجمپرها واتصالات آنها مي شود . پيشرفت هاي جديد دمورد انواع كنسول ها ، مقره هاي اتكايي به عنوان عايق و كنسول به طور يك جا و حتي شكل ، اندازه ورنگ پايه ها ، طوري طراحي شده اند كه تنوع و زيبايي محيط را كمتر به هم زده از ايجاد مناظر و اتفاقات بد جلوگيري كنند .
بررسي شبكه هاي توزيع :
با توجه به مزيت هاي مهم انرژي الكتريكي بر ساير انرژي ها به صورت سادگي و راحتي توزيع و قابليت انتقال براي مسافت هاي طولاني امروزه پيش بيني مي گردد كه بيشترين مصرف انرژي در قرن آينده كماكان به صورت انرژي الكتريكي باشد و شبكه توزيع كه عهده دار ارائه انرژي به مصرف كنندگان ميباشد ، به عنوان يكي از اجزاي اصلي سيستم قدرت از اهميت و ارزش قابل ملاحظه اي برخوردار مي گردد . در يك سيستم قدرت ، به طور معمول نيمي از تلفات متعلق به شبكه توزيع است و با افزايش تقاضاي مصرف برق ، شبكه هاي توزيع روبه گسترش نهاده است ؛سرمايه گذاري هاي ساليانه دراين زمينه،به ميلياردها دلارميرسد . عدم تامين منابع مالي در اين بخش ، استراتژي نامناسب طراحي و بهره برداري و همچنين رواج فرهنگ استادكاري باعث شده تاشبكه هاي توزيع كشور ، از وضعيت مطلوبي برخوردار نباشد . بنابراين وقتي هر دو عامل يعني سرمايه گذاري كلان و تلفات در كنار يكديگر قرار بگيرند، مشخص خواهد شد كه اصلاح حتي قسمت كوچكي از روش هاي طراحي اين سيستم ، به تغيير اساسي در شركت هاي توزيع برق خواهد انجاميد . هدف از اصول طراحي شبكه هاي توزيع ، ارائه طرحي است كه تضمين كننده نياز رو به رشدانرژي الكتريكي بوده به شكلي كه از نظر تكنيكي و اقتصادي مورد قبول و عملي باشد . به اين ترتيب ، طراحي سيستم توزيع از يك سو به پارامترهاي مربوط به رشد بار ، توزيع مكاني نقاط مصرف واز سوي ديگر ، به عوامل فني مانند مقادير خطوط و فيدرها ، ظرفيت و محل پست هاي فوق توزيع ، سطوح ولتاژ وقابليت اطمينان مورد نظر و … را در نظر مي گيرد . علاوه براين ، براي آن كه طرح به صورت عملي قابل اجرا باشد ، بايد به جنبه هاي اقتصادي مانند هزينه هاي خريد و نصب تجهيزات ، هزينه هاي تلفات ساليانه انرژي ، نرخ بهره و مانند اين ها توجه نمود . براي بررسي همه جانبه شبكه هاي توزيع كه سرانجام به ارائه اصول وروش هاي مناسب در طراحي آن ها منجر مي شود لازم است كه ساختار اين شبكه دركل سيستم قدرت مشخص گردد .
مدارها و پست هاي فوق توزيع :
قدرت متوسط خطوط فوق توزيع ( انتقال ) از منابع توليد به پست هاي فوق توزيع منتقل مي شود . مدارهاي فوق توزيع ،ممكن است به صورت مدارهاي ساده شعاعي ،حلقوي يا يك شبكه به هم پيوسته (رينگ) باشند كه در نهايت ، به پست فوق توزيع ختم مي شود . به طور معمول ، هر پست فوق توزيع (HV/MV) ناحيه بار خود را كه بخشي از ناحيه سرويس دهي سيستم توزيع است ، تغذيه مي كندو درآن ، ولتاژ فوق توزيع به منظور توزيع در سراسر ناحيه به ولتاژ فشار متوسط كاهش مي يابد . نقاط ورود ي در سيستم هاي توزيع تزريق انرژي ، به صورت شاخه هاي تغذيه مي باشد ، كه درشبكه هاي توزيع به اصطلاح «فيدر» ناميده مي شوند . اين فيدرها بر اساس توپولوژي شبكه تعريف مي شوند و مورد نظر هر شبكه طراحي بوده ، ساختار سيستم توزيع را تشكيل مي دهند . فيدرها مي توانندبه صورت خطوط هوايي ياشبكه كابل زميني بوده به شكل ولتاژ فشار متوسط يا درسطح ولتاژ فشار ضعيف به كار بروند . درطراحي سيستم هاي توزيع ، بايد سه گزينه زير از قبل تعيين و مورد توجه قرار گيرند :
1- ساختار سيستم توزيع : شعاعي ، حلقوي ( رينگي ) ،تغئيه از دو سو ( تبديلي ) و شبكه هاي غرابلي
2- سطح ولتاژ توزيع برق : به صورت فشار متوسط ( طرف اوليه ) و يا فشارضعيف (طرف ثانويه ) . شكل 4 دياگرام شماتيك سيستم هاي توزيع ر نشان مي دهد .
3- نوع ساختمان شبكه : شبكه هاي هوايي ، سيستم زيرزميني .

ساختار فيدرهاي سيستم توزيع :
به طور اساسي فيدرهاي شعاعي يك سيستم توزيع ، به دليل عدم تداوم سرويس دهي سوال برانگيز بوده و بروز يك خطا روي هر يك از اين فيدرها ، به خاموشي تعدادي ازمصرف كنندگان مي انجامد . هنگام استفاده از اين آرايش ، توقف در سرويس ده يبه صورت اجتناب ناپذيري وجود دارد . بنابراين استفاده از شبكه هاي حلقوي و يارينگي مورد توجه قرار مي گيرد . به عنوان تعريف : شبكه رينگي به مداري گفته مي شود كه ا زيك شينه آغازشده پس از متصل كردن چند شينه به يكديگر ، به همان نقطه شروع باز گردد. به عبارت ديگر ، رينگ ، حلقه اي است كه مي تواند بيش از يك پست را تغذيه كرده و بيشتر از يك نقطه ، قابل تغذيه باشد . مزيت اصلي شبكه رينگ قابليت اطمينان مناسب و امكان گسترش آسان آن است ، اما تعداد ديژنگتورها وكليدهاي مورد نياز زياد و رله گذاري مشكل وپر خرج مي شود . پس در شبكه هاي فعلي توزيع برق ، براي استفاده از قسمتي از قابليت هاي شبكه هاي حلقوي وبه دليل مشكلات جايگزيني و تجهيزات ذكر شده از سيستم حلقه باز يا شبكه با قابليت تغذيه از دو سو در بين دو شينه يا پست توزيع استفاده مي نمايند .
بر طراحي فيدرهاي اوليه ، عوامل مهم بسياري اثر مي گذارند كه مهمترين آن ها عبارتند از :چگالي ورشد بار ، نياز به ايجاد ظرفيت خالي براي بهره برداري در حالت اضطراري ، ساختار مدار مورد استفاده طرح ، ظرفيت پست فوق توزيع مربوط به آن ، تلفات ، سطح ولتاژ و نيز ساير استانداردهاي سرويس دهي . در برخي از موارد ، افت ولتاژ نقش مهمي در طراحي فيدرهاي اوليه به عهده دارند . افت ولتاژ كل بايد در طول فيدر اوليه ، پست هاي توزيع ، مدارهاي ثانويه واتصالات سرويس مصرف كننده ، به گونه اي مناسب تقسيم شود ؛ البته اين تقسيم بندي به نوع ساختار مدار اوليه و ثانويه ، و ترانسفورماتور به كار رفته نيز بستگي دارد .

ادامه در آشنایی با شبکه توزیع برق (بخش دوم)

منبع برق نیوز

اطلاع از آخرین اخبار و مقالات، ثبت سفارش تجیزات و خدمات در اپلیکیشن مهرشیدنیرو

ورود به وب‌اپلیکیشن