شبکه های برق رسانی و تجهیزات برق

   امروزه انرژی الکتریکی به عنوان بخش جدا نشدنی از زندگی بشری، مهمترین نقش را در چرخه ی صنعت جهانی بر عهده دارد. در واقع می توان گفت، امروزه صنعت برق به عنوان یکی از شاخص های مهم توسعه ی اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی به شمار می آید. از مزایای انرژی الکتریکی نسبت به سایر انرژی ها می توان به انتقال نسبتاً آسان، سهولت تبدیل به سایر فرم های انرژی، طیف وسیع کاربرد و آلودگی کمتر آن در محیط زیست اشاره کرد. از معایب انرژی الکتریکی نیز می توان به عدم قابلیت ذخیره سازی آن به صورت عملی و کاربردی در حد گسترده اشاره کرد. شبکۀ انرژی الکتریکی جهت انتقال الکتریسیته از نیروگاه ها به محل مصرف، به سه بخش اصلی تولید، انتقال و توزیع تقسیم می شود. البته بخش دیگری به نام فوق توزیع نیز به این موارد اضافه می شود که به دلیل هم پوشانی سطوح ولتاژی و شباهت زیاد روش های کارکرد و حفاظت آن با بخش انتقال، می توان آن را زیر مجموعه ای از شبکه ی انتقال در نظر گرفت.

   بخش تولید، طیف وسیعی از انواع نیروگاه ها با توان و راندمان متفاوت را شامل می شود. در شبکه های انتقال انرژی الکتریکی، بنابر دلایل زیادی از جمله دلایل ایمنی، اقتصادی و مهم تر از همه، دور بودن منابع تولید انرژی از مصرف کننده ها، واحدهای تولید نیروگاهی در مناطق دور از مراکز مصرف قرار دارند. ولتاژ خروجی ژنراتور نیروگاه های مختلف، متفاوت است و در بیشترین حالت خود به حدود ۲۵ کیلوولت می رسد. فرکانس این ژنراتورها نیز در همه ی کشورها، در دو مقدار ۵۰ یا ۶۰ هرتز تنظیم می شود.

   سیستم های توزیع انرژی الکتریکی، از سه بخش پست توزیع، سیستم اولیۀ توزیع و سیستم ثانویۀ توزیع تشکیل شده اند. وظیفه پست توزیع، دریافت توان از سیستم انتقال و تحویل آن به سیستم توزیع است. در این پست ها از حداقل دو خط تغذیه به عنوان ورودی این پست استفاده می شود که مقدار این ولتاژ به استاندارد هر کشوری وابسته است.

 

ساختمان پست های توزیع

   پست های توزیع در دو نوع زمینی و هوایی مورد بهره برداری قرار می گیرند. تعیین حداکثر افت ولتاژ، انتخاب نوع هادی، تعیین سطح اتصال کوتاه خط و ظرفیت جریان دهی، از جمله معیارهای طراحی این نوع پست هاست.

 

  • پست های زمینی

   نوع مرسوم این پست ها با دو سلول طراحی می شود. در سلول اول، جهت حفاظت در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار، برای جریان های تا ۳۰ آمپر از سکسیونر قابل قطع زیر بار و برای جریان های بیش از ۳۰ آمپر از دژنکتور مجهز به رله ی پریمر (بدون ترانس جریان) استفاده می شود. سلول دوم، سلول اندازه گیری نامیده می شود که در آن، ۲ یا ۳ ترانسفورماتور ولتاژ با خروجی ۱۰۰ یا ۱۱۰ ولت (ولتاژ خط) تعبیه می شود. در پست های زیر زمینی استفاده از ترانسفورماتور خشک الزامی است و استفاده از فضای فوقانی آن به منظور احداث فضای سبز و آبنما ممنوع است. پست های زمینی بر حسب کاربرد در ۶ نوع مختلف طراحی می شوند.

 ۱- پست عمومی:

   از این پست می توان جهت برق رسانی به متقاضیان خانگی، تجاری و غیره، استفاده کرد. امروزه پیش بینی این پست ها برای متقاضیان دیماندی کمتر از ۲۵۰ کیلووات نیز لازم است. ابعاد این پست ها به صورت ۸*۶ متر پیشنهاد می شود.

 

۲- پست اختصاصی:

   جهت واگذاری انشعاب برق به متقاضیان دیماندی ولتاژ اولیه و قدرت بیشتر از ۲۵۰ کیلووات استفاده می شود. در این پست، لوازم اندازه گیری شامل ترانس جریان، ولتاژ و کنتور اکتيو و راکتیو نیز نصب می شوند. این پست مانند نوع عمومی در ابعاد ۸*۶ متر پیشنهاد می شود.

 

 ٣- پست عمومی – اختصاصی:

   این پست در ابعاد پیشنهادی ۱۱*۸ متر و در دو قسمت کاملاً مجزا ساخته می شود. یک قسمت این پست جهت تأمین مصارف عمومی (مشترکان دیماندی بیشتر از ۳۰ کیلووات و کمتر از ۲۵۰ کیلووات) و قسمت دیگر جهت تأمین ولتاژ اولیه مشترکان دیماندی بیش از ۲۵۰ کیلووات طراحی می شود. این پست در واقع ترکیبی از پست عمومی و پست اختصاصی است.

 

 ۴- پست پاساژ:

   در صورتی که فاصلۀ محل مصرف از محل تحویل برق زیاد باشد، فقط لوازم اندازه گیری ولتاژ اولیه (۲۰ کیلوولت) در پستی به ابعاد تقریبی ۶*۴ متر تعبیه شده و ترانسفورماتور اختصاصی در محلی نزدیک به محل مصرف نصب می شود که به آن، پست پاساژ اطلاق می شود.

 

  ۵- پست تقسیم:

   در این پست، یک یا چند فیدر ۲۰ کیلوولت، به چندین انشعاب ۲۰ کیلوولت تقسیم می شود. به عنوان مثال، دو فیدر ورودی به پنج فیدر خروجی تبدیل می شود. ابعاد این پست با توجه به موقعیت و تعداد فیدرها تعیین می شود. در واقع، در تعیین ابعاد پست های زمینی در صورتی که نتوان اندازه های داده شده را لحاظ کرد، طراحی باید به صورت دو طبقه یا با رعایت حریم ها انجام شود.

 

۶- پست های پیش ساخته ای فشرده (کیوسک):

   این پست ها به راحتی قابل حمل بوده و زمان بهره برداری آن ها کوتاه است. همچنین سادگی و ایمنی در بهره برداری از خصوصیات دیگر این نوع پست ها محسوب می شود. سیستم زمین این نوع پست ها مانند پست های زمینی است. استفاده از این پستها در ظرفیتهای ۵۰-۲۵۰، ۳۱۵-۵۰۰ و ۶۳۰-۸۰۰ کیلوولت آمپر، به صورت حلقوی با ترانسفورماتور خشک یا هرمتیک مجاز است.

 

  • پست های هوایی

   پست های هوایی نسبت به پست های زمینی ارزان تر تمام می شوند و این ارزانی به این خاطر است که جای کمی را اشغال می کنند و مانند پست های زمینی سکسیونر و دیژنکتور و… ندارند. این پست ها حداکثر تا ظرفیت ۵۰۰ کیلوولت آمپر ساخته می شوند و برای ظرفیت های بالاتر به اجبار باید از پست های زمینی استفاده کرد. استفاده از ترکیب این پست با پست زمینی در طول یک انشعاب ممنوع است.

 

 انواع تغذیۀ سیستم های توزیع

   سیستم های توزیع به انواع مختلفی شامل: شبکه ی باز (شعاعی)، شبکه ی حلقوی (رینگ)، شبکه ی دو سو تغذیه و شبکه ی مرکب تقسیم می شوند.

 

 ١- شبکه ی باز (شعاعی):

 

 

   در این نوع از شبکه، مصرف کننده فقط از یک مسیر به منبع تغذیه متصل است. از مزایای این شبکه می توان به سادگی محاسبۀ سطح مقطع و هزینه ی کمتر نسبت به دیگر سیستم ها اشاره کرد. همچنین قطعی کل شبکه ی برق در صورت ایجاد خطا، زیاد بودن افت ولتاژ در انتهای خط و پایین بودن ایمنی و قابلیت اطمینان، از معایب این شبکه ها به حساب می آید. شکل بالا، نمونه ای از یک شبکه ی شعاعی را نشان می دهد.

 

۲- شبکۀ حلقوی (مسدود):

 

 

 

   در صورتی که مصرف کننده از دو مسیر مانند شکل بالا به یک منبع تغذیه متصل شود، شبکۀ حلقوی تشکیل می شود. قابلیت اطمینان بیشتر نسبت به شبکۀ شعاعی و تغذیۀ مصرف کننده از یک خط در صورت ایجاد خطا در خط دیگر، از مزایای این شبکه و پیچیده تر شدن محاسبۀ سطح مقطع و هزینۀ بالاتر نسبت به شبکه ی شعاعی، از معایب آن است.

 

۳- شبکۀ دوسو تغذیه:

 

 

   در صورتی که مصرف کننده از دو مسیر به دو منبع تغذیه ی مستقل متصل شود، شبکۀ دو سو تغذیه تشکیل می شود. این حالت در شکل بالا نشان داده شده است. قابلیت اطمینان این شبکه از شبکۀ شعاعی و حلقوی بیشتر بوده و در صورت بروز مشکل در یک خط یا یک منبع تغذیه، سیستم از طریق منبع دیگر تغذیه می شود. معایب این سیستم، پیچیده تر شدن محاسبۀ سطح مقطع و هزینۀ بیشتر آن نسبت به دو شبکۀ قبلی است.

 

۴- شبکه های مرکب (تارعنکبوتی- غربالی):

 

 

   در شبکۀ مرکب، مصرف کننده از مسیرهای مختلف به منبع تغذیه های متفاوت متصل است. این شبکه، بالاترین قابلیت اطمینان را دارد به نحوی که کاربرد این شبکه ها در تأمین انرژی مراکز بزرگ و حساس است؛ زیرا در صورت ایجاد خطا در چند مسیر، مسیرهای دیگر قادر به انتقال انرژی به محل مصرف هستند. اجرای این شبکه ها بسیار پرهزینه بوده و طراحی این شبکه، محاسبات پیچیده ای می طلبد.

 

ترانسفورماتورهای توزیع

   ترانسفورماتورهای توزیع در ایران ولتاژ ۲۰ کیلوولت و در برخی نقاط ۳۳ کیلوولت را به ولتاژ ۴۰۰ ولت تبدیل می کنند. این سطح ولتاژ برای مصارف خانگی، تجاری و صنعتی (کوچک) استفاده می شود.

 

محاسبۀ ظرفیت مورد نیاز ترانسفورماتور پست ها

   ظرفیت مورد نیاز ترانسفورماتور یک پست که مجموعه ای از بارها را تغذیه می کند از رابطۀ  زیر بدست می آید:

 

 

ضریب توان، به نسبت توان حقیقی به توان ظاهری گفته می شود و مقداری بین ۰ تا ۱ دارد.

ضریب بهره برداری نیز، نسبت بار متوسط به قدرت قابل بهره برداری را گویند.

ضریب همزمانی مصرف از مقدار ۰٫۲۵ تا ۱ متغیر است.

 

                                                                                                      ضریب همزمانی با توجه به نوع مصرف

نوع مصرف

ضرایب همزمانی

خانگی

۳۵-۲۵ درصد

عمومی

۸۵-۷۰ درصد

تجاری

۶۵-۵۰ درصد

صنعتی

۱۰۰-۹۰ درصد

 

   عوامل دیگری مانند نحوۀ بارگیری و همچنین درجه حرارت محیط بر قدرت ترانسفورماتور تأثیر دارند.

 

ترانسفورماتورهای توزیع هوایی و زمینی

   ترانسفورماتورهای توزیع ظرفیت نصب تا ۳۱۵ کیلوولت آمپر را به صورت هوایی به کار می برند. این ترانسفورماتورها در قدرت های ۱۵ ، ۲۵ ، ۵۰، ۷۵، ۱۰۰، ۱۲۵، ۱۶۰ ، ۲۰۰ و ۲۵۰ کیلوولت آمپر نیز به کار می روند. ترانسفورماتورهای با قدرت بیشتر از ۳۱۵ کیلوولت آمپر به صورت زمینی به کار رفته و در قدرت های نصب ۴۰۰،۵۰۰،۶۳۰،۸۰۰،۱۲۵۰،۱۶۰۰ و ۲۰۰۰ کیلوولت آمپر استفاده می شوند. این ترانسفورماتورها در مکان های بسته ای به نام پست توزیع به کار می روند.

 

 

                 

 

                                                                                                                   ترانس زمینی

 

 

                                      

 

                                                                                                                ترانس هوایی                                                                                                         

 

 

 

انواع ترانسفورماتورهای توزیع از نظر نوع کاربرد

الف- ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک

   در این ترانسفورماتورها، از عایق های رزینی یا سیلیکونی برای هسته و سیم پیچ های آنها استفاده می شود. سیم پیچ ها به طور مجزا قابل جدا شدن بوده و برای خنک شدن آنها، هوا در بالا و پایین آنها دمیده می شود. کاربرد این نوع ترانسفورماتورها در مکان هایی است که موضوع آتش سوزی بسیار حساس باشد. همچنین این ترانس ها، حداکثر تا قدرت ۱۰۰۰kVA ساخته می شوند. ترانسفورماتورهای توزیع نوع خشک به سه دسته ی نوع تهویه ای، نوع غیر تهویه ای و نوع درزگیری شده تقسیم می شوند که در داخل اتاق یا محیط بیرون قابل استفاده هستند.

 

 ب- ترانسفورماتورهای توزیع روغنی

   هسته و سیم پیچ های این نوع ترانسفورماتورها داخل روغن قرار می گیرند. کاربرد این ترانسفورماتورها بسیار زیاد بوده ولی در مکان هایی که احتمال آتش سوزی وجود دارد، کاربرد آنها کم است؛ زیرا که روغن ترانسفورماتورها اشتعال زا بوده و احتمال آتش سوزی به وجود می آید.

 

مزایای ترانسفورماتورهای خشک نسبت به نوع روغنی:

   از مزایای ترانسفورماتور خشک نسبت به نوع روغنی می توان به تلفات و صدای کم، نصب آسان، مقاومت خوب در برابر اتصال کوتاه، ساز و کار خاموشی خودکار، تعمیر و نگهداری کمتر نسبت به نوع روغنی، عمر مفید بیشتر به سبب عدم وجود تخلیۀ جزئی در آن اشاره کرد.

 

ج- ترانسفورماتورهای توزیع هرمتیک

   این نوع ترانسفورماتورها دارای سه سیم پیچ اولیه ی مثلث و سه سیم پیچ ثانویۀ ستاره هستند. در این نوع ترانسفورماتور، منبع انبساط وجود نداشته و هیچ ارتباطی بین روغن داخل آن و هوای خارج وجود ندارد. سیم پیچ ها کاملاً داخل روغن بوده و سطح بالای روغن از گاز ازت یا نیتروژن پر شده است و انبساط و انقباض به صورت آکاردئونی انجام می شود. عدم نیاز به تعویض روغن، کاهش مراقبت و نگهداری از آنها، کاهش فرسودگی مواد عایقی به علت قطع ارتباط با هوا، عدم نیاز به برخی تجهیزات و کاهش ارتفاع به علت حذف منبع انبساط از ویژگی های این ترانسفورماتورها است. کاربرد این ترانسفورماتورها در مکان های رطوبتی مانند سواحل دریا یا مکان هایی که امکان تعمیر و نگهداری نباشد، ضروری است. تا کنون سه نوع ترانسفورماتور توزیع هرمتیک ساخته شده است:

۱- هرمتیک با محفظه یا دیافراگم لاستیکی

 ۲- هرمتیک با بالشتک گازی

۳- هرمتیک با پرهی قابل ارتجاع

 

د) ترانسفورماتورهای توزیع آمورفوس

   این نوع ترانسفورماتورها مانند ترانسفورماتورهای توزیع معمولی هستند ولی هسته ی آنها با آلیاژی از جنس آهن آمورفوس ساخته می شود که باعث کاهش چشمگیر تلفات هسته تا میزان ٪۸ در مقایسه با هسته های معمولی می شود.

 

 

 

مقالات مرتبط