محمد خوزستان
30th March 2011, 02:30
تلفات در سیستم های قدرت
مقدمه :
تلفات سیستم قدرت به سه گروه تلفات فنی تلفات غیر فنی و تلفات تجاری قابل دسته بندی می باشند. اگر کل تلفات را معادل تفاضل انرژی تولید شده و انرژی فروخته شده بگیریم باید تلفات تجاری را نیز به شرح زیر به آن بیافزائیم.
تلفات تجاری + انرژی فروخته شده - انرژی تولید شده = تلفات کل
در واقع در رابطه فوق داریم :
تلفات غیر فنی + تلفات فنی = انرژی فروخته شده - انرژی تولید شده
که تلفات فنی اصطلاحاً به آن دسته از تلفات انرژی اطلاق می شود که به حرارت تبدیل می گردند و عمدتاً به دلیل بهینه نبودن سیستم و اجزاء آن صورت می گیرد در حالی که تلفات غیر فنی به تلفاتی گفته می شود که بیشتر جنبه اندازه گیری و محاسباتی دارند {7و8}. اما تلفات تجاری دارای ماهیتی متفاوت از دو نوع تلفات فنی و غیر فنی است و در واقع یک نوع هدر رفتن مستقیم انرژی نمی باشد بلکه به آن دسته از زیان های اقتصادی اطلاق می شود که در اثر قطع برق و یا مشکلات کیفیت توان دامنگیر تولیدکنندگان و مصرف کنندگان انرژی الکتریکی می گردد.
در این قسمت هر یک از تلفات فوق با جزئیات بیشتری مورد تحلیل و تشریح قرار خواهد گرفت.
تلفات فنی
همانطور که اشاره شد تلفات فنی به دسته ای از تلفات سیستم قدرت گفته می شود که به نوعی منجر به تبدیل انرژی الکتریکی به حرارت، از آغاز تولید تا مرحله تحویل به مشترک می گردد.
تلفات فنی که در بسیاری از موارد به جای کل تلفات سیستم قدرت اشتباه گرفته می شود مشتمل بر طیف وسیعی از انواع تلفات می باشد که در ای بخش تحت دو عنوان تلفات انتقال و تلفات توزیع تشریح گردیده اند. معمولا تلفات سیستم تولید (نیروگاه ها) در زمره تلفات سیستم قدرت محاسبه نمی شوند و نیروگاه ها به عنوان واحدهای صنعتی تلقی می گردند که فروش برق به شبکه را بر عهده دارند و کلیه انرژی های مصرف شده در نیروگاه به عنوان مصرف داخلی آن لحاظ می گردد که بعضا قابل کاهش است. لذا بررسی انواع تلفات و طرق کاهش آن ها در نیروگاه ها، به طور مختصر در ضمیمه انتهای گزارش درج گردیده است.
تلفات در شبکه انتقال:
تلفات فنی در شبکه انتقال دارای ابعاد بسیار گسترده ای می باشد {7} که در این بخش مورد اشاره قرار خواهند گرفت
تلفات ناشی از مقاومت خطوط
این نوع تلفات که در اثر مقاومت الکتریکی هادی در مقابل عبور جریان ایجاد می شود در واقع مهم ترین تلفات سیستم انتقال است و همانگونه که بعدا ملاحظه خواهد شد، سایر انواع تلفات انتقال به نحوی در افزایش این نوع تلفات سهیم می باشند.
این تلفات در یک سیستم سه فاز متقارن، تابعی از مقاومت ac خطوط و مجذور جریان موثر عبوری است. قطعا افزایش سطح مقطع هادی ها که منجر به کاهش مقاومت خطوط می شود با قیود اقتصادی محدود می گردد لذا پذیرفتن سطح استاندارد برای آن ها و بالطبع تلفات معین در این مورد اجتناب ناپذیر است. فرسودگی و عمر زیاد هادی ها (مس یا آلومینیوم)، رسانایی آنها را کاهش می دهد و منجر به افزایش تلفات می گردد. همچنین طول زیاد خطوط انتقال اگر چه در اکثر موارد ناگزیر می باشد علاوه بر افزایش سایر مشکلات انتقال، تلفات خطوط را بالا می برد.
باید متذکر شد که اتصال نامناسب هادی ها می تواند تاثیر قابل ملاحظه ای در افزایش مقاومت خطوط و بالطبع تلفات آنها داشته باشد.
تلفات ناشی از فرسودگی تجهیزات
گذشت زمان خاصیت رسانایی هادی های مسی را کاهش داده و منجر به افزایش مقاومت وصل کلیدهای قدرت می گردد. تلفات آهنی هسته ترانسفورماتورها، ctها و ptها با افزایش عمر، فزونی می گیرند و همچنین تلفات عایقی تمامی تجهیزات به دلیل ضعف عایقی ناشی از طول عمر، به شدت بالا می رود.
تلفات کرونا
یکی از تلفات قابل توجه در سیستم های قدرت الکتریکی ولتاژ بالا (سیستم انتقال) تلفات کرونا است. پدیده کرونا که نتیجه یونیزاسیون هوای اطراف هادی دارای ولتاژ بالا است، به همراه هاله ای از نور بنفش رنگ و نویز آکوستیک و الکترومغناطیسی بوده و کاربرد زیادی در بسیاری از صنایع (به ویژه ----------------) دارد
در خطوط انتقال ولتاژ بالا می تواند سهم عمده ای از توان را در خود تلف نماید {9و10}. قطعا استفاده از هادی های گروهی (باندل ها) تا حد زیادی در کاهش اینگونه تلفات موثر است. اما باید به خاطر داشت که گذشت زمان، در اثر خوردگی و رسوب آلاینده ها بر سطوح ولتاژ بالا از جمله خطوط انتقال، ناهمواریها و نقاط تیزی بر روی آنها ایجاد می کند که میدان الکتریکی اطراف خود و بالطبع پدیده کرونا را بشدت تقویت می نماید.
تلفات عایقی
عایقهای مورد استفاده در سیستم های ولتاژ بالا ی جریان متناوب عمدتا دو نوع تلفات جدی را متحمل می گردند:
جریان نشتی
جریان عبوری از سطح ولتاژ بالا به سطح ولتاژ پایین عایق که تابعی از مقاومت عایقی و اختلاف پتانسیل دو سر آن است را جریان نشتی می گویند. البته تلفات ناشی از این جریان که معمولا مقدار ناچیزی است تنها پس از افزایش عمر عایق و کاهش مقاومت الکتریکی آن قابل توجه می گردد. نقاط عایقی تخریب شده و یا نقاطی که به صورت صحیح ترمیم نشده اند می توانند در این خصوص بسیار صدمه پذیر باشند.تلفات هیسترزیس
واضح است که عایق های مجاور با هادی های عبور دهنده جریان متناوب، متحمل شدت میدان مغناطیسی متناوبی، متناسب با آن جریان خواهند بود که طبیعتا در آنها تلفات هسیترزیس قابل توجهی ایجاد می کند. این تلفات به صورت قابل توجه در کابلهای جریان بالا مشاهده می شود
تلفات ناشی از عدم تقارن فازها
در صورت وجود عدم تقارن فازها (که البته در سیستم انتقال بسیار ناچیز است) تلفات برآیند سه فاز بیش از حالت متقارن در سه فاز خواهد بود. به عبارت دیگر شباهت یکسان در مشخصات و پارامترهای الکتریکی فازهای یک خط که اغلب امری قطعی فرض می شود در عمل متفاوت خواهد بود. مهمترین عامل وقوع چنین مشکلی در شبکه انتقال، عدم جابجایی فازها به دلیل مشکلات فنی و اقتصادی می باشد.
تلفات ناشی از اضافه بار کابل ها، و ترانسفورماتور و سایر تجهیزات سیستم انتقال که به معنی عبور جریان بیش از مقدار نامی از آنها است تلفات توان اهمی در آنها را به صورت صعودی افزایش می دهد. البته باید متذکر شد که این افزایش تلفات اهمی، افزایش دمای تجهیزات نسبت به سطح نرمال و بالطبع افزایش تلفات عایقی و احیانا آهنی را نیز به دنبال خواهد داشت.
همچنین، اضافه بار شدن تجهیزات دارای هسته مغناطیسی غیر خطی از قبیل ترانسفورماتورها و ctهای اندازه گیری می تواند منجر به ورود نقطه کار آنها به ناحیه اشباع منحنی bh گردد که در نتیجه هارمونیک های رتبه پایین بویژه هارمونیک های مضارب 3 بر روی ولتاژ ایجاد می کنند که خود، همانگونه که بعدا ذکر خواهد شد منشاء تلفات بیشتری است.
تلفات ناشی از پخش بار نامناسب
پخش بار د
مقدمه :
تلفات سیستم قدرت به سه گروه تلفات فنی تلفات غیر فنی و تلفات تجاری قابل دسته بندی می باشند. اگر کل تلفات را معادل تفاضل انرژی تولید شده و انرژی فروخته شده بگیریم باید تلفات تجاری را نیز به شرح زیر به آن بیافزائیم.
تلفات تجاری + انرژی فروخته شده - انرژی تولید شده = تلفات کل
در واقع در رابطه فوق داریم :
تلفات غیر فنی + تلفات فنی = انرژی فروخته شده - انرژی تولید شده
که تلفات فنی اصطلاحاً به آن دسته از تلفات انرژی اطلاق می شود که به حرارت تبدیل می گردند و عمدتاً به دلیل بهینه نبودن سیستم و اجزاء آن صورت می گیرد در حالی که تلفات غیر فنی به تلفاتی گفته می شود که بیشتر جنبه اندازه گیری و محاسباتی دارند {7و8}. اما تلفات تجاری دارای ماهیتی متفاوت از دو نوع تلفات فنی و غیر فنی است و در واقع یک نوع هدر رفتن مستقیم انرژی نمی باشد بلکه به آن دسته از زیان های اقتصادی اطلاق می شود که در اثر قطع برق و یا مشکلات کیفیت توان دامنگیر تولیدکنندگان و مصرف کنندگان انرژی الکتریکی می گردد.
در این قسمت هر یک از تلفات فوق با جزئیات بیشتری مورد تحلیل و تشریح قرار خواهد گرفت.
تلفات فنی
همانطور که اشاره شد تلفات فنی به دسته ای از تلفات سیستم قدرت گفته می شود که به نوعی منجر به تبدیل انرژی الکتریکی به حرارت، از آغاز تولید تا مرحله تحویل به مشترک می گردد.
تلفات فنی که در بسیاری از موارد به جای کل تلفات سیستم قدرت اشتباه گرفته می شود مشتمل بر طیف وسیعی از انواع تلفات می باشد که در ای بخش تحت دو عنوان تلفات انتقال و تلفات توزیع تشریح گردیده اند. معمولا تلفات سیستم تولید (نیروگاه ها) در زمره تلفات سیستم قدرت محاسبه نمی شوند و نیروگاه ها به عنوان واحدهای صنعتی تلقی می گردند که فروش برق به شبکه را بر عهده دارند و کلیه انرژی های مصرف شده در نیروگاه به عنوان مصرف داخلی آن لحاظ می گردد که بعضا قابل کاهش است. لذا بررسی انواع تلفات و طرق کاهش آن ها در نیروگاه ها، به طور مختصر در ضمیمه انتهای گزارش درج گردیده است.
تلفات در شبکه انتقال:
تلفات فنی در شبکه انتقال دارای ابعاد بسیار گسترده ای می باشد {7} که در این بخش مورد اشاره قرار خواهند گرفت
تلفات ناشی از مقاومت خطوط
این نوع تلفات که در اثر مقاومت الکتریکی هادی در مقابل عبور جریان ایجاد می شود در واقع مهم ترین تلفات سیستم انتقال است و همانگونه که بعدا ملاحظه خواهد شد، سایر انواع تلفات انتقال به نحوی در افزایش این نوع تلفات سهیم می باشند.
این تلفات در یک سیستم سه فاز متقارن، تابعی از مقاومت ac خطوط و مجذور جریان موثر عبوری است. قطعا افزایش سطح مقطع هادی ها که منجر به کاهش مقاومت خطوط می شود با قیود اقتصادی محدود می گردد لذا پذیرفتن سطح استاندارد برای آن ها و بالطبع تلفات معین در این مورد اجتناب ناپذیر است. فرسودگی و عمر زیاد هادی ها (مس یا آلومینیوم)، رسانایی آنها را کاهش می دهد و منجر به افزایش تلفات می گردد. همچنین طول زیاد خطوط انتقال اگر چه در اکثر موارد ناگزیر می باشد علاوه بر افزایش سایر مشکلات انتقال، تلفات خطوط را بالا می برد.
باید متذکر شد که اتصال نامناسب هادی ها می تواند تاثیر قابل ملاحظه ای در افزایش مقاومت خطوط و بالطبع تلفات آنها داشته باشد.
تلفات ناشی از فرسودگی تجهیزات
گذشت زمان خاصیت رسانایی هادی های مسی را کاهش داده و منجر به افزایش مقاومت وصل کلیدهای قدرت می گردد. تلفات آهنی هسته ترانسفورماتورها، ctها و ptها با افزایش عمر، فزونی می گیرند و همچنین تلفات عایقی تمامی تجهیزات به دلیل ضعف عایقی ناشی از طول عمر، به شدت بالا می رود.
تلفات کرونا
یکی از تلفات قابل توجه در سیستم های قدرت الکتریکی ولتاژ بالا (سیستم انتقال) تلفات کرونا است. پدیده کرونا که نتیجه یونیزاسیون هوای اطراف هادی دارای ولتاژ بالا است، به همراه هاله ای از نور بنفش رنگ و نویز آکوستیک و الکترومغناطیسی بوده و کاربرد زیادی در بسیاری از صنایع (به ویژه ----------------) دارد
در خطوط انتقال ولتاژ بالا می تواند سهم عمده ای از توان را در خود تلف نماید {9و10}. قطعا استفاده از هادی های گروهی (باندل ها) تا حد زیادی در کاهش اینگونه تلفات موثر است. اما باید به خاطر داشت که گذشت زمان، در اثر خوردگی و رسوب آلاینده ها بر سطوح ولتاژ بالا از جمله خطوط انتقال، ناهمواریها و نقاط تیزی بر روی آنها ایجاد می کند که میدان الکتریکی اطراف خود و بالطبع پدیده کرونا را بشدت تقویت می نماید.
تلفات عایقی
عایقهای مورد استفاده در سیستم های ولتاژ بالا ی جریان متناوب عمدتا دو نوع تلفات جدی را متحمل می گردند:
جریان نشتی
جریان عبوری از سطح ولتاژ بالا به سطح ولتاژ پایین عایق که تابعی از مقاومت عایقی و اختلاف پتانسیل دو سر آن است را جریان نشتی می گویند. البته تلفات ناشی از این جریان که معمولا مقدار ناچیزی است تنها پس از افزایش عمر عایق و کاهش مقاومت الکتریکی آن قابل توجه می گردد. نقاط عایقی تخریب شده و یا نقاطی که به صورت صحیح ترمیم نشده اند می توانند در این خصوص بسیار صدمه پذیر باشند.تلفات هیسترزیس
واضح است که عایق های مجاور با هادی های عبور دهنده جریان متناوب، متحمل شدت میدان مغناطیسی متناوبی، متناسب با آن جریان خواهند بود که طبیعتا در آنها تلفات هسیترزیس قابل توجهی ایجاد می کند. این تلفات به صورت قابل توجه در کابلهای جریان بالا مشاهده می شود
تلفات ناشی از عدم تقارن فازها
در صورت وجود عدم تقارن فازها (که البته در سیستم انتقال بسیار ناچیز است) تلفات برآیند سه فاز بیش از حالت متقارن در سه فاز خواهد بود. به عبارت دیگر شباهت یکسان در مشخصات و پارامترهای الکتریکی فازهای یک خط که اغلب امری قطعی فرض می شود در عمل متفاوت خواهد بود. مهمترین عامل وقوع چنین مشکلی در شبکه انتقال، عدم جابجایی فازها به دلیل مشکلات فنی و اقتصادی می باشد.
تلفات ناشی از اضافه بار کابل ها، و ترانسفورماتور و سایر تجهیزات سیستم انتقال که به معنی عبور جریان بیش از مقدار نامی از آنها است تلفات توان اهمی در آنها را به صورت صعودی افزایش می دهد. البته باید متذکر شد که این افزایش تلفات اهمی، افزایش دمای تجهیزات نسبت به سطح نرمال و بالطبع افزایش تلفات عایقی و احیانا آهنی را نیز به دنبال خواهد داشت.
همچنین، اضافه بار شدن تجهیزات دارای هسته مغناطیسی غیر خطی از قبیل ترانسفورماتورها و ctهای اندازه گیری می تواند منجر به ورود نقطه کار آنها به ناحیه اشباع منحنی bh گردد که در نتیجه هارمونیک های رتبه پایین بویژه هارمونیک های مضارب 3 بر روی ولتاژ ایجاد می کنند که خود، همانگونه که بعدا ذکر خواهد شد منشاء تلفات بیشتری است.
تلفات ناشی از پخش بار نامناسب
پخش بار د