توليد و مصرف انرژي الكتريكي
بعد از آنكه ويژگيهای انرژی الكتريكی شناخه شد، واحدهای كوچك عهده دار توليد و توزيع انرژی الكتريكی گرديدند. پيشرفت سريع در ساختن دستگاه های الكتريكی احتياجات بشري را مرتفع مي ساخت و مصرف انرژی الكتريكی را با نرخ زيادی روز افزون می نمود. زياد شدن مصرف انرژی الكتريكی، وابستگی زياد احتياجات روزمره را به انرژی الكتريكی موجب گرديد و به همين دليل ضرورت تأمين پايداری شبكه احساس شد.
بدين ترتيب توليد انرژي به صورت كوچك و واحدهاي منفرد مطرود و واحدهاي بزرگ توليد انرژي با يكديگر براي تأمين برق مصرف كنندگان مرتبط گرديدند و از آن رو شبكه هاي به هم پيوسته به وجود آمدند. عامل ديگري كه در تسريع اين امر كمك نمود هم زمان نبودن پيك مصرف نيروگاه هاي مختلف در مكان هاي مختلف و در نتيجه امكان كمك كردن نيروگاه ها به يكديگر در توليد انرژي الكتريكي بود. اين امر باعث كاهش ظرفيت رزرو لازم در شبكه براي مواقع اضطراري خروج نيروگاه از شبكه بود و در نتيجه بازده اقتصادي بالاتر و هزينه توليد انرژي الكتريكي را پايين مي آورد.مساله اي كه ايجاد شبكه هاي انتقال بهم پيوسته قدرت را باعث شد، علاوه بر عوامل فوق متمركز نبودن مناطق مصرف و منابع انرژي بود. البته در اين مورد از انرژي آب آبشارها و سدها مي توان بدون هيچ گونه بحث و توضيح اضافي نام برد ليكن در مورد نيروگاه هاي حرارتي چون انتقال سوخت به خصوص سوخت هاي مايع از طريق لوله ها با انتقال الكتريكي رقابت مي نمايد هميشه يك سري محاسبات اقتصادي براي انتخاب محل قرار دادن مراكز توليد انرژي الكتريكي انجام مي شود كه طي اين محاسبات با توجه به نزديكي به مركز بار هزينه سوخت، هزينه تلفات و مسائل زيست محيطي بهترين محل براي نيروگاه انتخاب مي شود.به طور كلي براي تأمين برق در حال حاضر معمولا از سه رده شبكه استفاده مي شود، رده اول، شبكه هاي انتقال كه داراي ولتاژهاي يبش از 132 كيلوولت و به منظور انتقال قدرت هاي بزرگ در فواصل زياد به كار مي رود. رده دوم، شبكه هاي فوق توزيع كه ارتباط بين پست ها و نيروگاه هاي داخل يك منطقه محدود را از نظر تأمين انرژي بر عهده دارند و داراي ولتاژي بين ولتاژ شبكه انتقال و شبكه توزيع انرژي مي باشند. گاهي موارد به شبكه هاي فوق توزيع، شبكه زير انتقال نيز اطلاق مي شود. رده سوم، شبكه توزيع كه صرفا مصرف كننده ها به آن وصل مي گردند و ولتاژ اين شبكه براي مصرف كننده هاي كوچك در ايران [V]380 و براي مصرف كننده هاي بزرگ [kV]20 مي باشد. به طور كلي استانداردي كه براي ولتاژ در شبكه هاي مختلف درا يران انتخاب شده عبارتست از: [V]380، [kV]20، [kV]63، [kV]132، [kV]230 و [kV]400. وظيفة شبكه الكتريكييك شبكه الكتريكي خود بايد بتواند قدرت مصرفي مورد نياز مصرف كننده را تحت ولتاژ ثابت و فركانس ثابت تحويل دهد. ليكن در عمل ثابت نگهداشتن فركانس عملي نمي گردد و هميشه در عمل فركانس كه مشخص كننده؛ تعادل بين توليد توليد و مصرف شبكه است داراي تغييراتي برابر 5/0% مي باشد. دليل اين تغييرات مداوم فركانس، وجود تغييرات آني و پيوسته در مصرف كنندگان است كه به طور لحظه اي و به دلخواه از شبكه قطع و يا به آن متصل مي شوند.در مورد ولتاژ هم بايد گفت كه ثابت نگهداشتن ان در اثر تغيير مصرف و در نتيجه تغيير افت ولتاژ غير عملي است و همواره دستگاه هاي الكتريكي بايد به طريقي ساخته شوند كه با تغييرات 5/0% ولتاز نامي نيز بتوانند به كار خود ادامه دهند.از اين نظر در اين زمينه براي شبكه هايي كه مصرف كننده اي بدان متصل مي گردد، براي ولتاژ تغييراتي تا محدوده فوق را مجاز مي دانند. انتقال و توزيع انرژي الكتريكيصورت هاي مختلف انرژي در زندگي اجتماعي و اقتصادي جوامع بشري نقش مهمي ايفا مي كنند، و اين امر با رشد جمعيت جوامع و بالا رفتن سطح زندگي مردم سالانه افزايش قابل توجهي دارد. و مصرف انرژي به صورت عمده در شكل هاي مكانيكي، نوراني و حرارتي انجام مي پذيرد. معمولا انرژي هاي مصرفي مستقيما از منابع انرژي هاي خام، مانند انرژي حرارتي ناشي از سوختن ذغال سنگ يا نفت بدست نمي آيد، بلكه ابتدا انرژي خام به انرژي واسطي(كه معمولا انرژي الكتريكي است) تبديل شده و سپس به صورت هاي گوناگون مورد مصرف قرار مي گيرد. علت انتخاب انرژي الكتريكي به عنوان واسطه(انرژي ثانوي) به دلايل زير است:1- انرژي الكتريكي را مي توان به صورت كلان با هزينه كم و بازده خوب به وسيله خطوط انتقال انرژي الكتريكي به هر نقطه اي با سرعت زياد منتقل نمود و در آنجا توزيع كرد.2- انرژي الكتريكي را مي توان آسان تر و با بازده بيشتر به انرژي نوراني، مكانيكي و حرارتي تبديل كرد.3- در محل مصرف ايجاد آلودگي محيطي نمي كند.4- دستگاه هاي تبديل انرژي الكتريكي به صورت هاي ديگر انرژي، داراي قابليت اطمينان بالاتر و ساختمان ساده تري هستند.5- امكان توسعه توليد، انتقال و توزيع انرژي الكتريكي ميسر مي باشد.عليرغم امتيازاتي كه براي انرژ ي ا لكتريكي ذكر كرديم اين انرژي نقطه ضعف بزرگي دارد و آن اين است كه ذخيره كردن مقادير زياد آن از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نيست. به همين دليل ظرفيت نيروگاه هاي توليد برق را هميشه با حداكثر مصرف پيش بيني شده و يا حتي بخاطر رعايت قابليت اطمينان چند درصد بيش از حداكثر مصرف پيش بيني شده، در نظر مي گيرند. گرچه ممكن است اين حداكثر مصرف در هر سال بيش از چند سال مورد نياز نباشد.به دليل تغييرات مصرف انرژي الكتريكي در ساعات مختلف شبانه روز و بيان اين نكته كه توليد و مصرف انرژي الكتريكي هم زمان است، طرح سيستم هاي انرژي الكتريكي و تدابير لازم جهت اقتصادي شدن بيشتر آن، بايستي با ضوابط دقيقي صورت گيرد. فصل اول:تجهيزات مورد استفاده در پستتجهيزات مورد استفاده دراين پست عبارتند از: 1- تله موج LT(Line Trap):از خطوط انتقال نيرو به منظور انتقال سيگنالهاي مختلف جهت اندازه گيري و كنترل از راه دور، مكالمات تلفني و سيگنالهاي حفاظتي جهت ارسال و دريافت فرمان از پستهاي ديگرا ستفاده مي شود. جهت جلوگيري ا ز تداخل اين سيگنالها كه داراي فركانس بالا مي باشند و همچنين به منظور جلوگيري ا ز انتقال سيگنال به قسمتهاي ديگرا ز تله موج يا موج گير استفاده مي شود. موج گيرها بطور سري در انتهاي خطوط نصب مي شوند.موج گير بايد طوري طراحي شود كه جريان نامي را بطور دائم و همچنين جريان اتصال كوتاه را بطور موقت تحمل كند. انتقال سيگنال با استفاده از ترانسفورماتورهاي ولتاژ كه برروي ثانويه آن وسايل كوپلاژ تعبيه شده است صورت مي گيرد لذا موج گيرها بعد از ترانسهاي ولتاژ قرارمي گيرند. سيگنالها معمولا داراي فركانس بالا بوده و در شبكه ايران از 30KHz تا 500KHz تعبيه مي كند.براي هر فيوز خروجي معمولا يك باند محدود كننده كه پهناي آن 100KHz مي باشد تعيين مي كنند و موج گير براي هر تغذيه كننده(feedor) با توجه به باند مسدود كننده طراحي مي شود.ساختمان موج گير معمولا از يك سلف كه هسته آن هوا مي باشد و يك مجموعه خازن و مقاومت بصورت سري تشكيل شده است.جريان خط مستقيما از سلف عبور كرده كه جنس آن از آلومينيوم مي باشد و مقطع آن براي جريان نامي و جريان اتصال كوتاه تعيين مي شود. شكل ظاهري موج گير شبيه، يك استوانه است. مجموعه خازن و مقاومت در داخل سيم پيچ(سلف) نصب شده و براي تغيير فركانس و باند مسدود كننده مشخصات سلف را ثابت نگه داشته و فقط با تعويض خازن و تغيير ظرفيت آن اين عمل صورت مي گيرد. به اين جهت اين قسمت(خازن) را واحد تنظيم كننده موج گير مي نامند. به منظور حفاظت موج گير مقابل اضافه ولتاژها ازبرق گير استفاده مي شود. اين اضافه ولتازها بطور ناگهاني ممكن است در سه موج گير بوقوع بپيوندد. برق گير طوري طراحي مي شود كه در ولتاژهاي نامي و جريانهاي اتصال كوتاه عمل ننمايد. محل نصب موج گيرها در پستهاي فشار قوي:موج گيرها در انتهاي خطوط بعد از ترانس ولتاز نصب مي گردند. موج گيرها فقط در دو انتهاي خطوطي كه سيستم PLC بين دو پست منتهي به خط وجود داشته باشد نصب مي شوند. موج گيرها برروي دو فازبراي خطوط تك مداره و يك فاز براي خطوط دو مداره گاهي اوقات برروي هر سه فاز نصب مي گردند. بطور كلي تعداد موج گيرها بستگي به سيستم كنترل و اندازه گيري حفاظت از راه دور دارد. 2- برق گيرL.A(Lightning Arrester):مي توان با استفاده از برق گيرها سطح عايقي تجهيزات را تا حدي كاهش داد . نحوه كار برق گير ها به اين صورت است كه برق گيرها در ولتاژ هاي نامي از خود عكس ااعمل نشان نداده و وقتي اضافه ولتاژ از حدي بيشتر شد از خود سريعا عكس العمل نشان مي دهند . 3- ترانفسورماتورهاي اندازه گيري CT, PT(VT):ترانسفورماتورهاي اندازه گيري دو نوع مي باشند:1- ترانسفورماتورهاي ولتاژ (VT) كه رسما ترانسفورماتورهاي پتانسل (PT) نام گرفته اند و ترانسفورماتورهاي جريان (CT). اوليه ترانسفورماتور به سيستم قدرت متصل است و نسبت به ولتاژ سيستم قدرت عايق بندي شده است. PT ولتاژ اوليه را در ثانويه كاهش داده و CT نيز جريان اوليه را تا سطح استاندارد مناسب براي كار رله ها كاهش مي دهد. ازآنجايي كه هدف حفاظت سيستم است، عموما PT را خيلي دقيق انتخاب مي كنند بنابراين PT به صورت يك ترانسفورماتور ايده ال مدلسازي مي شود كه در آننشانگر ولتاژ كاهش يافته نسبت به V است. همچنين با V هم فاز مي باشد. ولتاژ نامي استاندارد ثانويه يك ترانسفورماتور ولتاژ 115V (خط به خط) است به طور ايده ال ثانويه PT به دستگاه حس كننده ولتاژ كه داراي امپدانس بي نهايت است، متصل مي شود، به طوري كه كل ولتاژ ثانويه PT روي دستگاه حس كننده قرار مي گيرد. در عمل، ولتاژ ثانويه بين دستگاه حس كننده داراي امپدانس زياد و امپدانس نشتي سري PT تقسيم مي گردد. امپدانس نشتي PT را به منظور حداقل كردن افت ولتاژ و اختلاف زاويه فاز از اوليه به ثانويه كم انتخاب مي كنند.معمولا سيم پيچ اوليه ترانسفورماتور جريان تك حلقه است و توسط عبور هادي اصلي سيستم قدرت از دسته CT به وجود مي آيد. در ايالات متحده جريان نامي عادي ثانويه CT در 5A استفاندارد شده است و در اروپا و بعضي كشورها در 1A استاندارد گرديده است. در خلال اتصال كوتاه، براي چند سيكل از سيم پيچهاي CT جريانهاي 10 تا 20 برابر (يا حتي بزگتر از جريان نامي) عبور مي كند. به طور ايده ال ثانويه CT به دستگاه حس كننده جريان كه داراي امپدانس صفر است متصل مي گردد به طوري كه تمام جريان ثانويه CT از دستگاه حس كننده عبور مي كنند در عمل بيشتر جريان ثانويه از دستگاه حس كننده داراي امپدانس پائين و قسمتي از آن از امپدانس موازي تحريك CT عبور مي كند. امپدانس موازي تحريك CT را به منظور حداقل كردن جريان تحريك آن زياد انتخاب مي كنند.4- ترانسفورماتور قدرت:در پستهاي نيروگاهي يا توزيع، دستگاههاي اصلي تبديل ولتازها، ترانسفورماتوري قدرت مي باشد. با توجه به اينكه توان الكتريكي متناسب با حاصل ضرب جريان و ولتاژ مي باشد در يك توان مشخص براي پائين نگه داشتن سطح جريان(و بنابراين تلفات I2R و افت ولتاژ IZ كم) مي توان سطح ولتاژ را افزايش داد. ترانسفورماتور قدرت، ولتاژ جريان ac را به سطحي بهينه براي توليد، توزيع و مصرف انرژي الكتريكي تبديل مي كنند. ترانسفورماتورهاي قدرت مدرن امروزي داراي راندمان نزديك به 100% هستند و تا ظرفيت 1300MVA ساخته شده اند.5- ترانسفورماتور مصرف داخلي:اين ترانسفورماتور براي مصارف داخلي پست از قبيل تأسيسات و غيره استفاده مي شود. اين ترانس مثلث – ستاره زمين شده مي باشد.6- ترانسفورماتور اتصال زمين:ترانسفورمر زمين كننده در سيستمهايي بكار مي رود كه عملا داراي زمينهاي متفاوتي مي باشند. اين موضوع بستگي به جريان زميني كه در مواقع بروز خطاي فاز به زمين در هر نقطه از سيستم برقرار مي گردد، دارد. در صورتيكه نقطه نوتر ترانسفورمر زمين كننده، بطور مستقيم و يا توسط يك راكتور محدود كننده جريان به زمين متصل گردد در آن صورت جريان زمين نامي(جرياني كه از ترمينال نوتر سيم پيچ اصلي و در فركانس نامي عبور كرده و ترانسفورمر زمين كننده هم براي عبور چنين جرياني در حالت دائم و يا در مدت زمان مشخصي طراحي شده باشد جريان زمين نامي ناميده مي شود). نسبتا بزرگ شده در عوض مدت زمان آن كوتاه خواهد بود(فقط چند ثانيه) و در صورتيكه نقطه نوتر اين ترانسفورمر به يك راكتور محدود كننده جريان صاعقه متصل گردد در آنصورت جريان زمين نامي از نظر دامنه محدود شده و در عوض مدت زمان آن طولانيتر مي گردد(ساعتها و يا حتي بصورت پيوسته و دائمي) ترانسفورمرهاي زمين كننده عموما بصورت زيگزاگ و يا ستاره – مثلث متصل مي گردند.سيم پيچ با اتصال مثلث ممكن است بصورت يك حلقه باز باشد كه در اينصورت، امكان اضافه كردن مقاومت يا راكتور براي داشتن امپدانس توالي صفر مطلوب وجود خواهد داشت. ترانسفورماتورهاي زمين كننده ممكن است به سيم پيچ ثانويه اي(با ولتاژ پائين) و توان نامي دائمي نيز مجهز بوده كه ازاين سيم پيچ بعنوان منبع تغذيه كمكي پست استفاده مي گردد.توجه: ترانسفورمر زمين كننده همچنين در سيستمهاي فاقد سيم نول، جهت اتصال بار تك فاز بين خط و نوتر، مورد استفاده قرار مي گيرند.7- خازن:به مجموعه اي از يك يا تعدادي خازن كه در يك محفظه با ترمينالهاي در دسترس واحد خازني مي گويند. به گروهي از واحدهاي خازني كه بصورت الكتريكي بهم متصل شده باشند، بطور مثال مانند يك بانك خازني سه فاز كه از سه واحد خازني تك فاز تشكيل شده است مناسب ترين روش جبران توان راكتيو، استفاده از خازن هاست كه امروزه در شبكه هاي برق بعلت سادگي سيستم و هزينه بري كم بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرند. با توجه به اينكه اقتصادي ترين سطح ولتاژ براي توليد خازن، سطوح ولتاژ شش تا پانزده كيلوولت است بنابراين مي توان نتيجه گرفت كه نصب خازن در شبكه هاي 20kv (ولتاژ فاز به زمين حدود 11kv و 33Kv(ولتاژ فاز به زمين حدود 19kv) مناسب ترين روش خواهد بود.8- كابلكابلها به دو دسته متمايز كابل هاي سيم كشي ثابت و كابل هاي تجهيزات متحرك تقسيم بندي مي شوند و شناسايي كابل ها منطبق بر راهنماي انتخابي كه براساس استاندارد تدوين شده قرار دارد.مشخصات انواع كابلها منطبق با مشخصات VDE و نشريات IEC عبارتند از:VDE 0266 VDE 0265 VDE 0265 VDE 0248 VDE 0293 VDE 0272 VDE 0271(نشريه شماره IEC 502 )علائم شناسايي:برروي پوشش خارجي يك كابل پروتو دور(كابل با عايق PVC) در فاصله هاي كمتر از 50Cm علامت PROTODOR و برروي يك كابل پروتوني(كابل با عايق XLPE پلي اتيلن كراس لينك شده) علامت PROTHOTHEN X حك مي شود و كابل هاي منطبق با مشخصات VDE، با علامت VDE معين مي شوند.به طور مثال:PROTODOR VDE 0271PROTHOTHEN X VDE 02739 – سكسيونر:جهت ايجاد ايمني در بهره برداري و تعميرات وقطع فيزيكي يك پست از قسمتهاي ديگر از سكسيونر استفاده مي گردد. سكسيونرها كار قطع و وصل را در شرايطي كه جريان صفر است انجام مي دهند. به عبارت ديگر سكسيونرها مي توانند جريان خازني خط را قطع نمايند و علاوه بر آن مي توانند در انجام مانور سريعتر و بهتر نمودن ايزولاسيون در پستها به كليدها كمك نمايند. سكسيونرها در حالت باز بايستي بتوانند ولتاژ نامي را بطور دائم و اضافه ولتاژهاي گذرا را بطور موقت تحمل نمايند و ماده عايقي كنتاكت هاي سكسيونرها هوا مي باشد.انواع سكسيونرها1- سكسيونر تيغه اي يا كاردي:اين نوع براي ولتاژهاي پائين و متوسط تا 63kv كار برد داشته و داراي يك كنتاكت ثابت و يك كنتاكت متحرك است. مسير طي شده توسط كنتاكت متحرك حداكثر يك ربع دايره بوده و قطع و وصل آن ممكن است بصورت دستي يا اتوماتيك باشد.2- سكسيونر كشويي:اين نوع در ولتازهاي پائين يا متوسط كه در ساختمانها و يا كيوسك قرار گرفته اند مورد استفاده قرار مي گيرد. ميله متحرك اين سكسيونرها بصورت كشويي برروي مدار حركت مي كند و مزيت اين سكسيونرها عدم نياز به اشغال فضا است.3- سكسيونر افقي:در ولتاژهاي متوسط و بالا استفاده مي شود، هر دو ميله متحرك بوده و سكسيونر از وسط به دو قسمت تقسيم مي شود. اين نوع در جاهايي از نظر افقي محدوديت نباشد استفاده مي شود.4- سكسيونر افقي – دوراني – داراي سه پايه:داراي سه پايه بود. كه دوتاي آن ثابت و پايه مياني متحرك رابط بين كنتاكت هاي ثابت است. حركت كنتاكت متحرك دوراني است.5- سكسيونر عموديدر ولتاژها و جريانهاي بالا مورد استفاده قرار مي گيرد. داراي دو پايه بوده كه برروي يكي از آنها كنتاكت ساده و متحرك در انتهاي يك لولة هادي كه انتهاي ديگر آن برروي پايه ديگري قرار گرفته تشكيل شده است. در جاهايي كه از نظر عمودي محدوديت نباشد مورد استفاده قرار مي گيرد.6- سكسيونر قيچي يا پانتوگراف:در پستهايي كه داراي دو اختلاف سطح ارتفاع روي دو باس بار باشند استفاده مي شود و در ولتاژهاي بالاي 13kv مشاهده مي شود. داراي يك پايه بوده كه قسمت عمل كننده و بازوي سكسيونر برروي آن قرار گرفته و كنتاكت ثابت به باس بار متصل است.سكسيونر زمين:پس از قطع دو طرف يك خط توسط كليدها و باز نمودن سكسيونرهاي مربوط خط، جهت ايمني به منظور كار كردن روي خط از سكسيونر زمين استفاده مي شود. 10- كليدهاي قدرتانواع كليدهاي قدرت:1- كليدهاي مغناطيسي Magnetic Type2- كليدهاي خلأ Vacume Type3- كليدهاي روغني Bulk oil Type4- كليدهاي كم روغن Minimum oil vawe5- كليدهاي هوايي Air blast Type6- كليدهاي گازي SF6 Typeكليدهاي قدرت نقش اصلي را در قطع و وصل نمودن، وارد يا خارج نمودن نيروگاه و مصرف كننده ها در شبكه را دارند.كليدهاي قدرت در يك پست بايستي داراي مشخصات عمده زير باشند.1- زماني كه كليد بسته است بايستي بتواند جريان نامي پست را بطور دائم تحمل كند.2- امكان مانور در وارد يا خارج كردن فيوزها را در شبكه براحتي داشته باشد و جريان نامي را در شبكه بدون اشكال قطع كند.3- در موقع اتصال كوتاه بايستي پس از دريافت فرمان قطع در سريعترين زمان ممكن جريان اتصال كوتاه را قطع و قسمت عيب ديده را از شبكه جدا كند.4- در حالتي كه كليد باز است بايستي بتواند ولتاز را در كنتاكت كليد بطور دائم تحمل نموده و در موقع باز شدن كليد، اضافه ولتاژهاي گذرا را نيز بطور غيرموقت تحمل نماييد.مشخصات كابلهاي ورودي به پست :در اين پست سه فيدر ورودي وجود دارد كه از پستهاي سيدخندان، از گل – صنايع دفاع و از گل به پست وارد مي شود كه مشخصات هر يك از آنها به قرار زير است: مشخصات ترانسهاي قدرت پست :در اين پست دو ترانس قدرت با قدرت نامي 30MVA بكا برده شده است. اين ترانسها ساخت كارخانه TUR بوده و نسبت تبديل آنها 63/21 مي باشد. سيستم خنك ننده اين ترانسها ONAF مي باشد. وزن روغن در اين ترانسها 11800kg مي باشد و داراي جريان نامي اولية 275A و جريان نامي ثانويه 825A مي باشند.امپدانس درصد T1=13.9 و T2=14 مي باشد و هر دو داراي گروه برداري YND11 و داراي 19 تپ مي باشند.
