روشهای انتقال الکتریسته

1-1-1- انتقال الكتریسیته
انرژی الكتریكی را می توان بطور اقتصادی به فاصله های دور انتقال داد برق از نیروگاه تا مراكز بار به وسیله خطوط انتقال فشار قوی انتقال می یابد یكخط انتقال را می توان به یك لوله آب تشبیه كرد كه هر چه فشار آب بیشتر ولوله بزرگتر باشد آب بیشتری در لوله جریان خواهد یافت . به همین طریق هر چه ولتاژ بیشتر باشد وقطر سیم بزرگتر باشد انرژی الكتریكی بیشتری از خط انتقال عبور خواهد كرد .
هر چه ولتاژبیشتر باشد تولید و انتقال ارزانترتمام می شود زیرا از رابطه p=vicosθ افزایش ولتاژ موجب كاهش جریان برای مقدار معین توان می شود . هر چه جریان كمتر باشد اندازه كابل ها ,سویچ گیر های حفاظتی كوچكتر و تلفات توان خط ( P=RI ) نیز كنترل و كمتر می شود .




2-1-1-ساختمان یك خط انتقال نمونه
اكثر خطوط انتقال ، هوایی می باشند زیرا خطوط زمینی برای انتقال به فواصل زیاد بسیار گران تمام می شوند . هادیهای خطوط هوایی به وسیله برج های مشبك فولادی ( دكل ) یا پایه های چوبی ، جهت عایق نمودن هادیها از زمین در هر نوع شرایط جوی و جلوگیری از تماس اتفاقی می باشد . استفاده از پایه های بلند این امكان را می دهد تا از اسپان های بلند و در نتیجه تعداد پایه های كمتری استفاده كرد .
اندازه یا طول مقره بستگی به ولتاژ خط دارد . هرچه ولتاژ قویتر باشد بایستی طول زنجیره مقره بلندتر باشد . هادی ها معمولا از آلومینیوم رشته ای با هسته فولادی است . آلومینیوم هادی خوبی برای الكتریسیته است ، و هسته فولادی موجب مقاوم شدن هادی می شود . یك هادی مقاوم وسبك را می توان با فلش (شكم) كمتر در اسپان های بلند استفاده نمود .
3-1-1- ولتاژ خط انتقال
نیروی الكتریكی در نیروگاه ها 13800 ولت تا 24000 ولت تولید می شود . یك ایستگاه ترانسفورماتور افزاینده بعد از نیروگاه ولتاژ را تقویت می كند تا با بازده بالا انتقال یابد . ولتاژهای تولیدی در نیروگاه تا ولتاژهای معمول خط انتقال یعنی 123000 ولت ، 230000 ولت ، 400000 ولت ، 500000ولت و 765000 ولت افزایش می یابد . به عنوان یك قاعدﮤ كلی ، اگر ولتاژ 2 برابر گردد انرژیی كه میتوان انتقال داد بدون افزایش تلفات خط ، چهار برابر می شود .
در خطوط فشار قوی ( EHV ) مانند مدارهای 500 كیلو ولت از هادی های باندل كه 2 ، 3 یا 4 هادی به وسیله اسپیسر دمپر به یك دیگر متصل می گردند استفاده می شود باندل نمودن هادی ها باعث جلوگیری از مشكلات ولتاژ فشار قوی می گردد . در هر صورت ظرفیت افزایش یافته هادی علاوه بر ولتاژ فشار قوی اجازه می دهد یك خط 500 كیلو ولت تك مداره تا معادل 8 مدار 230 كیلو ولت انرژی حمل نماید .
4-1-1- پست های سیستم انتقال
پایانه های خطوط انتقال در پست ها و سوئیچ ها یاردها ( محوطﮥ كلیدها ) قرار دارند . پست های برق ، ایستگاه های تغییر ولتاژ هستند . ترانسفورماتورها میتوانند به منظور انتقال مؤثر ولتاژ فشار قوی ، ولتاژ را افزایش و یا برای توضیع نیرو در جاده ها و خیابان ها ، ولتاژ را كاهش دهند .
تجهیزات به گونه ای طراحی شده كه ایستگاه بتواند در صورت خارج شدن قسمتی از مدار ، خط فوق توزیع مربوطه را تغذیه نماید .
5-1-1- سوئیچ یارد (محوطه كلید ها )
سوئیچ یاردها در پایانه های خطوط انتقال قرار دارند . یك سوئیچ یارد شامل كلید های قطع كننده ( سكسیونر ها ) ، مدار شكن ها ( دیژنگتورها ) ، رله ها و سیستم های ارتباطی برای محافظت مدار می باشد . سوئیچ یارد این مكان را ایجاد می كند كه برق از مدارهای مختلف عبور كند و اطمینان حاصل شود كه حتی وقتی بعضی از قسمتهای یك سیستم قدرت خراب می شود مشتریان به طور مستمر سرویس دریافت دارند .
مدار های متعددی كه به داخل یك سوئیچ یارد وارد می شود به وسیله یك مدار مشترك به نام باس یا شینه به یكدیگر ارتباط می یابند . اصطلاح باس از كلمه اومنی باس به معنی مجموعه ای از اشیاء متعدد یا در این حالت یك مجموعه ای از مدار ها متعدد است . باس بایستی بتواند جریان خطی زیادی را حمل نماید بنابراین معمولا شامل هادیهای خیلی بزرگ یا لوله مسی یا آلومینیومی بزرگ و سخت می باشد . سوئیچ یارد معمولا در داخل همان محوطه محصور شدة ترانسفورماتور قرار دارد و قسمتی از پست را تشكیل می دهد .
كلیدهای فشار قوی :
1- سكسیونرها : یكی از كلیدهای فشار قوی بوده كه به دو صورت قابل قطع زیر بار و غیر قابل قطع زیر بار می باشد . كه به صورت دستی كنترل شده و عمل قطع و وصل انجام می شود .
2- اتوریكلوزرها : این كلید برای محافظت مدار و یا شبكه های فشار متوسط و قوی استفاده می شود كه بصورت اتوماتیك عمل می كنند . عملكرد این كلید به این صورت است كه چنانچه در شبكه ما اتصال كوتاهی رخ دهد این كلید بصورت اتوماتیك 3 یا 4 مرتبه عمل قطع و وصل را انجام می دهد و چنانچه مشكل شبكه (اتصال كوتاه) برطرف شده باشد به حالت وصل می ماند و اگر برطرف نشده باشد در قطع و وصل چهارمی دیگر وصل نمی شود .
3- دیژنگتورها : این كلید به صورت قطع و وصل خودكار می باشد و بیشتر برای محافظت تجهیزات فشار قوی استفاده می شود .
4- سكشن آلایزرها : این كلید عملكردش تقریبا همانند ریكلوزرها می باشد كه در شبكه های شعاعی بعضاً هم حلقوی از این نوع كلید استفاده می شود ، كه وظیفه آن كنترل یك قسمت مخصوص است .
6-1-1- ارتباط بین پستها
اپراتور باید وسایل اندازه گیری و آلارمها (هشداردهنده ها ) كه شرایط ایستگاهها و خطوط منطقه تحت كنترل را نشان می دهد در اتاق كنترل بازبینی كند . اپراتور می تواند خارج از نیروگاه و ایستگاه ، كلید ها را به طریق كنترل از راه دور باز و بسته نماید . این كنترل عالیه سیستم بستگی به سیستمهای ارتباطی بین ایستگاهها (مركز دیسپاچینگ ) دارد .
برای انتقال اطلاعات و علائم از ایستگاهی به ایستگاه دیگر از خطوط تلفن ، كابل نوری ،سیستمهای PLC ، سیستمهای ماكروویو یا ماهواره ای استفاده می شود . چون وجود ارتباط مداوم بسیار حیاتی می باشد ، معمولا بیش از یك سیستم ارتباطی در محل وجود دارد تا در صورت خرابی یك سیستم ، بتوان از سیستم دیگری استفاده نمود .
خطوط تلفن یك ارتباط عادی بین ایستگاه ها است . استفاده از كابل نوری در شیلدوایرا بر روی خطوط انتقال ، یك حالت ارتباطی معمول می باشد .
سیستم plc از هادیهای خط قدرت برای انتقال اطلاعات استفاده می نماییم . علائم ارتباطی به وسیله دستگاهی كه شبیه به ترانسفورماتور ولتاژ است ولی در اصل یك ترانسفورماتور كوپلینگ ولتاژ خازنی ( ccvt ) می باشد ،به هادیهای قدرت ارسال یا از آن دریافت می شود . به منظور نگهداری علائم انتقالی در قسمتهای مورد نظر خط قدرت ، تله های موج نصب می گردد. تله موج كه شبیه به یك سیم پیچ استوانه ای بزرگ می باشد از پیشروی علائم در خط جلوگیری می نماید .
ارتباطات ماكروویو بین ایستگاه ها نیاز به برج (دكل) همراه با آنتن در هر ایستگاه دارد . آنتن های فرستنده و گیرنده ماكروویو نیاز به یك دید مستقیم و بدون وجود هیچ مانعی در بین آنها دارد . بایستی برج های ماكروویو در صورت امكان بر روی تپه ها به فاصله 60 تا 100 كیلومتر (35 تا 60 مایل ) نصب گردند تا علائم بین برجها مخابره شود .
7-1-1- استخرهای قدرت الكتریكی
نیروگاه به وسیله خطوط انتقال در استخرهای بزرگ منطقه ای یا شبكه هایی كه از مرز های شركت های برق می گذرد به یكدیگر مرتبط می شوند . قدرت الكتریكی توسط این شبكه ها به هر جایی كه نیاز باشد ارسال می گردد . بدین ترتیب این انرژی می تواند مثلا در فصل گرما برای تغذیه اوج بارهای حرارتی به شمال كشور ارسال شود .
لوازم اندازه گیری در پایانه های خطوط یا پست های تبدیل مقدار انرژی كه از مرزهای سرویس دهی شركت ها عبور می كند وهمچنین مبالغی كه بایستی بابت آنها پرداخت یا به حساب منظور شود را تعیین می كنند . بعضی اوقاتیك شركت برق فقط انرژی رااز یك همسایه تولید كننده برق به همسایه دیگر انتقال می دهد و هزینه این انتقال (ترانزیت) را دریافت می دارد .
8-1-1- خاموشی و ضعف ولت
خاموشی بزرگ در شمال شرقی ایالات متحده آمریكا و كانادا در نهم نوامبر 1965 میلادی بوجود آمد . اشكال یك عنصر در استخر قدرت (شبكه) موجب شروع یك زنجیره واكنشی شد كه منجر به از دست رفتن بیشتر آن شبكه گردید . از آن زمان پیشرفت طرح های حفاظتی آغاز و نصب تجهیزات حفاظتی خوب برای جدا نمودن نقاط معیوب صورت گرفت شركتهای برق همواره با بهبود طرح های حفاظتی ، دارای فرایندهایی هستندكه در صورتی كه تقاضا (دیماند) مشتركین بیش از مقدار انرژی تولید شده سیستم باشد ، عملا ولتاژ شبكه را كاهش می دهند ویا بار را از سیستم كم می كنند .
وقتی تقاضای مشتریان از استخر قدرت بیشتر از مقدار تولید شده یا تامین شده توسط خطوط انتقال باشد ، انداختن بار آخرین مرحله تصمیم گیری خواهد بود. قبل از قطع بار ، بایستی ولتاژ شبكه را پایین آورد تا كل انرژی تحویل شده به مشتركین كاهش یابد .
ممكن است مشتركین (مشتریان برق) مشاهده كنند كه روشنایی آنها قدری كم نور شده و موتورهای روشن ، گرمتر میشوند .بعضی از شركت های برق خارج از كشور هر دو سال یكبار به وسیله كاهش ولتاژ سیستم آزمایشاتی را انجام می دهند . ضعف ولت معمولا تنها توسط مشتركینی ملاحظه می شود كه تقریبا كمتر از ولتاژ نرمال در مواقع معمول دریافت می دارند .
اگر بعد از اینكه عملا ولتاژ سیستم كاهش یافت هنوز نتوان به اندازه كافی تقاضای مشتركین را تامین كرد ، بایستی ابتدا بعضی از صنایع بزرگ را از مدار خارج كرد . معمولا این صنایع قراردادی با شركت برق دارند كه اجازه میدهد بارشان در مقابل نرخ بهتر یا فروش كمتر برق ، كاهش یابد .
در زمستان سرد غیر عادی سال میلادی 1994 – 1993 ، تامین برق مورد تقاضای مشتركین در واشنگتن D.C بسیار مشكل شد و به جای اجرای خاموشی گردشی (دوره ای) ، مقدار تقاضا یا مصرف مشتركین به وسیله بستن ساختمانهای دولتی در سردترین روزها كاهش داده شد .
وقتی همه روشهای دیگر برای كاهش بار با شكست مواجه می شود بایستی بار الكتریكی عموم مردم به طور گردشی بر اساس زمان بندی واعلان قبلی كاهش یابد . كاهش بار به طور گردشی (نوبتی) باعث اعمال خاموشی در یك منطقه جغرافیایی معینی برای یك دوره زمانی مشخص معمولا 30 تا 60 دقیقه می شود .

2-1- توزیع انرژی الكتریكی :
1-2-1- اصول توزیع
سیستم انتقال ، انرژی الكتریكی را تا نزدیكی مراكز بار انتقال می دهد و سپس ولتاژ به ولتاژ فوق توزیع و یا مستقیما به ولتاژ توزیع تبدیل می شود .
سیستم توزیع شامل خطوط فوق توزیع است كه پست های توزیع را تغذیه می نماید تا ولتاژ را تا سطح ولتاژ فیدر توزیع كاهش دهد . فیدرهای توزیع انرژی را به یك ترانسفورماتور (kv 4/0/ 20 )در محل مصرف عمومی و یا در مستغلات مشتری (مصرف اختصاصی) تحویل می دهد و ولتاژ را تا سطح ولتاژ مصرف تبدیل می كند .
شش قسمت اصلی یك سیستم توزیع :
1- مدارهای فوق توزیع :
مدارهای فوق توزیع ، نیرو را از پستهای بزرگ انتقال به پستهای توزیع منتقل می كنند . ولتاژهای فوق توزیع برای مثال عبارتند از kv 63 پایه ها و عایقبندی در این ولتاژها به اندازه كافی كوچك هستند كه بتوان خطوط را در كنار جاده ها احداث نمود . بعضی از شركت ها خطوط فوق توزیع را قسمتی از سیستم انتقال می دانند .
2- پست فوق توزیع :
ترانسفورماتور پست فوق توزیع ولتاژ فوق توزیع را به ولتاژ توزیع كاهش می دهد .پست شامل :

• - سوئیچگیر مدار فوق توزیع
• - ترانسفورماتور
• - دستگاه تنظیم كننده ولتاژ (رگلاتور ولتاژ)
• - باس یا شین ولتاژ توزیع
• - چندین فیدر متصل به باس
• - سوئیچ گیر برای فیدر توزیع

بسیاری از پست های فوق توزیع از یك اتاق كنترل مركزی (دیسپاچینگ توزیع) از راه دور كنترل می شوند . اتاق كنترل مركزی به داده های پست نظیر ولتاژ فیدر و مقدار بار دسترسی دارد . و می تواند سوئیچ گیر پست را قطع و وصل نماید . نظارت عالیه و تحصیل داده ها (scada ) یك فن ارتباطات است كه به منظور كنترل ازراه دور یك پست استفاده می شود .
2- فیدرهای اولیه (پرایمری) :
فیدرهای اولیه (فشارمتوسط) سه فاز كه از پست خارج می شوند می توانند زمینی یا هوایی باشند . یك فیدر توزیع می تواند شعاعی باشد و به صورت شاخه ای در یك خیابان یا جاده كشیده شود . فیدر توزیع می تواند به صورت شبكه رینگ (حلقوی) نیز از دو جهت تغذیه شود و معمولا از یك كلید (سكسیونر) در نقطه باز حلقه بین فیدرها استفاده می شود تا آنها را از یكدیگرمجزا كند و یا می توان بوسیله سوئیچ گیر خودكار آنرا بسته یا رینگ نمود .
3- ترانسفورماتور توزیع :
ترانسفورماتور توزیع كه مشتركین را تغذیه می نماید ولتاژ فیدر اولیه (پرایمری) را به ولتاژ مصرف كاهش می دهد . این ترانسفورماتور می تواند با توجه به نوع سیستم توزیع ، بصورت هوایی بر روی یك كرسی فلزی یا سكوی بتونی یا در یك قسمت سقفدار (مانند اتاق یا كیوسك) نصب شود .
4- سیستمهای ثانویه :
یك سیستم ثانویه می تواند شامل یك سرویس تكفاز باشد كه به وسیله یك ترانسفورماتور تغذیه می شود تا یك شبكه باس ثانویه كه دارای چند فیدر است .
5- اتصالات مشتركین :
كابل سرویس مشتركین می تواند به صورت هوایی یا زمینی تكفاز یا سه فاز مستقیما از ترانسفورماتور یا باس ثانویه تغذیه شود .مسئولیت شركت برق یا توزیع برای سرویس مشتركین معمولا تا كنتور مشترك است .
توضیح : منظور از سوئچ گیر ، لوازم اتصال خط مانند كلمپ خط گرم و لوازم حفاظتی و مجزاكننده مانند انواع كلیدها ، فیوزها و سكسیونرها فشار متوسط و قوی می باشد .
2-2-1- طرح های سیستم توضیع :
یك سیستم توضیع را میتوان به گونه ای طراحی كرد كه درجات مختلفی از تداوم سرویس دهی را داشته باشد سیستمی كه دارای درجه بالایی از تداوم سرویس دهی است گرانتر تمام می شود و معمولا در شهر ها در نقاطی كه تراكم مشتریان زیاد است احداث می گردد .
3-2-1- سیستم شعاعی (رادیال) :
طرح یك سیستم شعاعی بسیار شبیه به یك درخت است شاخه های تك فاز یا سه فاز یا انشعابات جانبی مشتركی را در طول مدار تغذیه می نماید هادی شا خه اصلی بیشترین بار را حمل می كند و هر چه شا خه هااز شاخه اصلی پیشتر میروند كوچكتر میگردند معمولا طول یك فیدر به وسیله ولتاژ و بار متصل شده محدود می گردد.
4-2-1- مدار اولیه (پرایمری)حلقوی :
یك مدار حلقوی یا رینگ از پست توزیع شروع و در منطقه ای كه بایستی سرویس دهد یك حلقه می سازد یعنی منطقه را دور میزند و به پست بر می گردد.
این حلقه شبیه به 2 مدار شعاعی است كه انتهای انها به یكدیگر بسته شده است وقتی اشكالی در خط پیش می اید مدغار اولیه حلقوی بیشتر مشتركین را به طور خود كار یا دستی تغذیه می كند مدار شكن ها در حلقه نسب میشوند تا قسمت معیوب حلقه به طور خود كار به وسیله باز شدن هر كدام از 2 مدار شكن از حلقه مجزا شود .
رله ها وضعیت اضا فه بار را حس می كنند و موجب قطع مدار شكن ها در هر طرف محل خطا می گردد و ان تكه را جدا می نمایند . انشعابات جانبی حلقه یا رینگ معمولا شعاعی هستند عموما انشعاب زمینی به صورت حلقوی است ولی یك كلید سكسیونر یا جمپر باز در حلقه وجود دارد كه موجب می شود2 طرف حلقه به صورت شعاعی تغذیه می شود .

5-2-1- شبكه اولیه (پرایمری)
شبكه اولیه در مركز شهر كه دارای بار سنگینی می باشند استفاده می شود . شكل اولیه شبیه به مدار اولیه حلقوی می باشد به استثنای این كه ان حلقه از یك پست و یا یك فیدر از هر پست تغذیه می شود.
6-2-1- سیستم های هوائی و زمینی
یك سیستم توزیع ،هوائی یا زمینی و یا تركیبی از هر دو است. سیستم های زمینی بیشتر در مراكز شهری و سیستم های هوائی در روستا ها استفاده می گردد.
مزایای سیستم هوائی عبارتند از :

• - هادی سوئیچ گیر و ترانسفورهای مربئطه هزینه كمتری دارد.
• - عیب یابی و تعمیرات سیستم ساده و سریع تر است.
• - هزینه بسیار كمتری برای ارتقاء سیستم هوائی موجود نیاز است زیرانیاز كمتری به حفاری خیابانها، فضای سبز و سنگ جدول و غیره دارد.

مزایای سیستم زمینی نیرو عبارتند از:

• - در معرض طوفان ،درختان ،حوادث اتو مبیل، شكست مقره هاو آلودگی مقره ها نیست.
• - از نظر زیبایی بیشتر مورد قبول مردم است.
• - در مناطق حساس و پر ترافیك مانند اطراف فرودگاه ها ضرورت دارد.
• - از كابل های زیردریایی برای عبور درآب ها استفاده می شود.
• - مردم كمتر در معرض شوك الكتریكی قرار می گیرند.(ایمنی بیشتری دارد)
• - معمولا دوام و عمر بیشتری دارد.

7-2-1- دو نوع سیستم زمینی
معمولا دو نوع سیستم زمینی سیستم كانالو سوراخ تعمیرات(سوراخ آدم رو)و دیگری سیستم دفن مستقیم وجود دارد.از سیستم كانال و سوراخ یا دریچه تعمیرات در شهر ها استفاده می گرددزیرا كندن بتون و سنگ فرش خیابان هادر مواقع حفاری به منظور تعمیر یل ارتقاءسیستم زمینی بسیار گران تمام می شود.در این سیستم كابل های زمینی در كانال های بتونی و لوازم شبكه از قبیل ترانسفورماتورها و كلیدهای قطع ووصل در پایین از سطح زمین دئر پست قرار دارد.
سیستم دفن مستقیم بیشتر در بخش های كوچك مسكونی كه كابل در زیر چمن یا خاك دفن شده استفاده می گردد. معمولا از ماسه در اطراف كابل برای جلوگیری از وارد آمدن فشار بر روی آن استفاده می شود. زیرا نقاط تحت فشار اغلب منبع خرابی كابل هستند.در سیستم دفن مستقیم نیز به هنگام عبور از عرض خیابان ها و جاده ها از كانال های مناسب نیز استفاده می گرددو ترانسفورماتور و سوئیچ گیر ها اغلب بر روی سكو های بتونی یا فلزی در سطح زمین نصب می شوند.