دانلود پروژه کارآموزی آشنایی کلی با سیستم قدرت الکتریکی

تاسیسات الکتریکی

آشنایی کلی با سیستم قدرت الکتریکی .

تاریخچه

فکر استفاده از منابع انرژی موجود در طبیعت در راه انجام مقاصد، از روزگاران نخست با بشر همراه بوده است. در ابتدا تنها انرژی قابل استفاده صرفا نیروی بدنی بود که این قدرت را در تمدن های پیشرفته به وسیله اهرم ها و قرقره ها به صورتهای مختلف تبدیل می نمودند. اولین منابع انرژی خارجی که شناخته شد، استفاده از قدرت حیوانات و آب و باد بود که به منظور حمل بار، آماده ساختن زمین و کار انداختن آسیاب ها به کار گرفته می شدند.

تحول بزرگ در استفاده از منابع انرژی در حقیقت از زمان شناختن قدرت بخار آب توسط « جیمز وات» آغازشد که با ساختن ماشین بخار توانست برای بشر عصر جدیدی را آغاز نماید. از این پس سیر تکاملی استفاده از منابع انرژی طبیعت به سرعت صورت گرفت. به طوری که در حال حاضر با استفاده از توربین های آبی و بکاربردن قدرت اتمی در نیروگاههای هسته ای، مسئله تبدیل قدرتهای عظیم تا حدود زیادی حل شده است.

پس از شناخت منابع انرژی و تولید قدرت، موضوع قابل استفاده بودن و سهولت بکارگیری این انرژی پیش می آید.

برای اینکه انرژی تولید شده مفید واقع شود باید دارای خصوصیاتی باشد که عبارتند از:

قابلیت انتقال آسان.

راندمان انتقال بالا.

سهولت بکارگیری عمومی.

قابلیت کنترل توسط مصرف کننده .

قابلیت تبدیل به صورت های مختلف انرژی.

ویژگی هایی که ذکر شد در انرژی الکتریکی بیش از سایر انرژی ها جمع می باشد چراکه مثلا اگر انرژی مکانیکی را در نظر بگیریم، انتقال آن حتی به فاصله چند صد متر احتیاج به تجهیزات فوق العاده زیادی دارد و علاوه بر این راندمان انتقال آن نیز مناسب نمی باشد. در مرحله بعدی توزیع و کنترل آن برای مصرف کننده و تبدیل آن به صورت‌های دیگر انرژی به صورت مستقیم بی نهایت مشکل و حتی در مواردی غیر علمی است.

در صورتی که انرژی الکتریکی با وجود پیشرفتهایی که در این فن حاصل شده کلیه ویژگی‌های لازم را دارا می باشد. کنترل آن توسط مصرف کننده صرفا به وسیله چند کلید امکان پذیر بوده و تبدیل آن به انواع انرژی ها از قبیل مکانیکی، نورانی، حرارتی، شیمیایی و ... با لوازمی که ساخته شده در کمال سادگی و سهولت انجام می گیرد. بالاتر این که در محل مصرف دارای هیچ گونه آلودگی محیطی نیست.

با عنایت به ویژگی هایی که از انرژی الکترکی شناخته شد، فکر تولید و توزیع انرژی به صورت انرژی الکتریکی تقویت گردید تا این که انرژی الکتریکی اول بار به صورت جریان دائم تولید و توزیع شد و اولین خط انتقال مربوط به آن در سال 1882 توسط «اسکار میلر» و « مارلن دیرز» بین مونیخ و میر باخ کشیده شد.

مهمترین اشکالی که در تولید و توزیع انرژی الکتریکی به صورت جریان دائم به چشم می خورد، دشواری تبدیل ولتاژ در این سیستم بود، چون برای مصرف کننده احتیاج به ولتاژ محدودی بود و از این جهت خطوط انتقال و توزیع نیز نباید در این ولتاژ کار می کردند و از این نظر تلفات قدرت سیستم زیاد بود،به خصوص وقتی که تقاضای قدرت الکتریکی در منطقه ای افزایش می یافت.

در ولتاژ انتقال و توزیع محدود جریان دائم، دامنه جریان زیاد می گشت و این امر باعث افزایش مجذوری تلفات قدرت و در نتیجه پایین آمدن بازده سیستم می شد. برای رفع این نقیصه با توجه به رابطه افت قدرت 2p = R.I  یا بایستی سطح مقطع خطوط را قطورتر انتخاب می نمودند که خود باعث قوی تر شدن دکل ها، بست های مکانیکی ودر نتیجه غیر اقتصادی تر شدن سیستم می شد یا این که به نحوی بایستی دامنه جریان انتقالی را کاهش می دادند که این امر در جریان دائم با افزایش دامنه ولتاژ در توان ثابت انتقال امکان پذیر نبود. پس بنا به دلایل فوق این سیستم توزیع و انتقال انرژی در مسافتهای طولانی و مقادیر توان عظیم با مشکل مواجه شد و کارآیی خود را از دست داد.

با مطرح شدن ماشین های جریان متناوب سینوسی که از نظر ساختمان و نحوه ساخت، نسبت به ماشین های جریان دائم ساده تر بودند و با عنایت به این امر که تغییر سطح ولتاژ در سیستم جریان متناوب به سهولت انجام می پذیرد، برای تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی از سیستم تک فاز جریان متناوب سینوسی به جای جریان دائم استفاده گردید. علت انتخاب شک موج سینوسی علاوه بر سادگی تولید آن، ثابت ماندن شکل آن در تبدیل ولتاژ توسط ترانسفورماتورها بود، زیرا در غیر این صورت شکل موجی جریانی که در محل های مختلف در اختیار مصرف کننده ها قرار می گرفت متفاوت می شد و اشکالات زیادی در استفاده از انرژی الکتریکی پدید می آمد.

اما ایده آل نبودن سیستم تک فازه در بهینه کردن ماشین های تولید و تبدیل کننده انرژی الکتریکی و به ویژه عدم توانایی مطلوب آنها در ایجاد میدان دوار و ساده کردن تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی، باعث به وجود آمدن مشکلاتی در بهره برداری ازاین سیستم گردید . زمانی که «نیکلاتسلا» در سال 1888 مقاله ای راجع به سیستم تک فازه آشکار گشت.

به وجود آمدن سیستم دوفاز محققین را بر آن داشت که راجع به سیستم های چند فازه به طور کلی تحقق نمایند و تعداد فازهای سیستم بهینه را بدست آوردند. نیتجه این تحقیقات به تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی به صورت سه فاز منجر گردید. از این رو پس از سال 1891 که اولین خط انتقال سه فاز فرانکفورت و لاوفن نصب شد، توسعه سیستم های قدرت سه فاز رو به فزونی گذاشت و تا کنون نیز اساس تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی بر روی سیستم های سه فازه استوار است.

از مزایای این سیستم، بهینه شدن دستگاه های تولید و تبدیل انرژی با این روش و ثابت بودن قدرت لحظه ای مجموع سه فاز نسبت به زمان است. این امر تولید گشتاور ثابت در روی محور موتورها و نیاز به گشتاور ثابت برای ژنراتورها را باعث شد. علاوه بر این، سیستم انتقال و توزیع انرژی سه فاز دارای بازده بالاتری نسبت به سیستم انتقال و توزیع تک فاز است.

تولید و مصرف انرژی الکتریکی

بعد از آن که ویژگیهای انرژی الکتریکی شناخته شد، واحدهای کوچک عهده دار تولید و توزیع انرژی الکتریکی گردیدند. پیشرفت سریع در ساختن دستگاه های الکتریکی احتیاجات بشری را مرتفع می ساخت و مصرف انرژی الکتریکی را با نرخ زیادی روز افزون می نمود. زیاد شدن مصرف انرژی الکتریکی، وابستگی زیاد احتیاجات روزمره را به انرژی الکتریکی موجب گردید و به همین دلیل ضرورت تامین پایداری شبکه احساس شد.

بدین ترتیب تولید انرژی به صورت کوچک و واحدهای منفرد مطرود و واحدهای بزرگ تولید انرژی با یکدیگر برای تامین برق مصرف کنندگان مرتبط گردیدند و از آن رو شبکه های به هم پیوسته به وجود آمدند. عامل دیگری که در تسریع این امر کمک نمود هم زمان نبودن پیک مصرف نیروگاه های مختلف در مکان های مختلف و در نتیجه امکان کمک کردن نیروگاه ها به یکدیگر در تولید انرژی شبکه بود و در نتیجه بازده اقتصادی بالاتر و هزینه تولید انرژی الکتریکی را پایین می آورد.

مساله ای که ایجاد شبکه های انتقال هم پیوسته قدرت را باعث شد، علاوه بر عوامل فوق متمرکز نبودن مناطق مصرف و منابع انرژی بود. البته در این مورد از انرژی آب آبشارها و سدها می توان بدون هیچ گونه بحث و توضیح اضافی نام برد. لیکن در مورد نیروگاه های حرارتی چون انتقال سوخت به خصوص سوختهای مایع از طریق لوله ها باانتقال انرژی الکتریکی انجام می شود که طی این محاسبات با توجه به نزدیکی به مرکز باز، هزینه سوخت، هزینه تلفات و مسائل زیست محیطی بهترین محل برای نیروگاه انتخاب می شود.

به طور کلی برای تامین برق در حال حاضر معمولا از سه رده شبکه استفاده می‌شود، رده اول، شبکه های انتقال که دارای ولتاژهای بیش از 132 کیلو وات و به منظور انتقال قدرت های بزرگ در فواصل زیاد به کار می رود. رده دوم، شبکه های فوق توزیع، که ارتباط بین پست ها و نیروگاه های داخل یک منطقه محدود را از نظر تامین انرژی بر عهده دارند و دارای ولتاژی بین ولتاژ شبکه انتقال و شبکه توزیع انرژی می باشند. گاهی موارد به شبکه های فوق توزیع، شبکه زیر انتقال نیز اطلاق می شود. رده سوم، شبکه توزیع که صرفا مصرف کننده ها به آن وصل می گردند و ولتاژ این شبکه برای مصرف کننده های کوچک در ایران ‌‌[V] 380 و برای مصرف کننده های بزرگ [KV]20 می‌باشد. به طور کلی استانداری که برای ولتاژ شبکه های مختلف در ایران انتخاب شده عبارتست از : [V]380 ، [KV] 20 ،[KV] 63 ،[KV] 132 ،[KV] 330 و [KV] 400 .

وظیفه شبکه الکتریکی

یک شبکه الکتریکی خوب باید بتواند قدرت مصرفی مورد نیاز مصرف کننده را تحت ولتاژ ثابت و فرکانس ثابت تحویل دهد. لیکن در عمل ثابت نگهداشتن فرکانس عملی نمی گردد و همیشه در عمل فرکانس که مشخص کننده، تعادل بین تولید و مصرف شبکه است دارای تغییراتی برابر 5/0 %  می باشد. دلیل این تغییرات مداوم فرکانس، وجود تغییرات آنی و پیوسته در مصرف کنندگان است که به طور لحظه ای و به دلخواه از شبکه قطع و یا به آن متصل می شوند.

در مورد ولتاژ هم باید گفت که ثابت نگهداشتن آن در اثر تغییر مصرف و در نتیجه تغییر افت ولتاژ غیر عملی است و همواره دستگاه های الکتریکی باید به طریقی ساخته شوند که با تغییرات 5%  ولتاژ نامی نیز بتوانند به کار خود ادامه دهند.از این نظر در این زمینه برای شبکه هایی که مصرف کننده ای بدان متصل می گردد، برای ولتاژ تغییراتی تا محدوده فوق را مجاز می دانند.

انتقال و توزیع انرژی الکتریکی

صورت های مختلف انرژی در زندگی اجتماعی و اقتصادی جوامع بشری نقش مهمی ایفا می کنند، و این امر با رشد جمعیت جوامع و بالا رفتن سطح زندگی مردم سالانه افزایش قابل توجهی دارد و مصرف انرژی به صورت عمده در شکلهای مکانیکی، نورانی و حرارتی انجام می پذیرد. معمولا انرژی های مصرفی مستقیما از منابع انرژی‌های خام، مانند انرژی حرارتی ناشی از سوختن ذغال سنگ یا نفت بدست نمی‌آید، بلکه ابتدا انرژی خام به انرژی واسطی(که معمولا انرژی الکتریکی است) تبدیل شده و سپس به صورت های گوناگون مورد مصرف قرار می گیرد. علت انتخاب انرژی الکتریکی به عنوان واسطه (انرژی ثانوی) به دلایل زیر است:

1- انرژی الکتریکی را می توان به صورت کلان با هزینه کم و بازده خوب به وسیله خطوط انتقال انرژی الکتریکی به هر نقطه ای با سرعت زیاد منتقل نمود و در آنجا توزیع کرد.

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 هاي 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 انرژي الكتريكي 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 ظريف نيروگاههاي 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 و گرچه ممكن است اين حداكثر مصرف در هر سال بيش از چند ساعت مورد نياز نباشد.

به دليل تغييرات مصرف انرژي الكتريكي در ساعات مختلف شبانه روز 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.

سيستم انرژي الكتريكي

مجموعه تجهزات لازم جهت بهره برداري از انرژي خام، تاسيسات انرژي ناميده مي شود. چنانچه به برداري از منابع انرژي خام به صورت الكتريكي باشد اين سيستم را سيستم انرژي الكتريكي مي نامند، به طور عام سيستم انرژي الكتريكي از سه زير سيستم، توليد انرژي الكتريكي، انتقال انرژي الكتريكي و توزيع انرژي الكتريكي، تشكيل مي شود. هر كدام از اين زير سيستم ها داراي بخش هاي كوچك تر و ويژگي هاي خاص هستند كه متمايز از ديگران است. شكل (1-1) نمودار سيستم انرژي الكتريكي را نشان مي دهد.

طراحي سيستم توزيع

طراحي سيستم به منظور پاسخ گويي به رشد فزاينده تقاضاي مصرف انرژي الكتريكي توسط سيستم توزيع ضرورتي است كه بايد داراي دو ويژگي مقبوليت تكنولوژيكي و ترجيح اقتصادي باشد. گرچه كارهاي قابل توجهي در زمينه به كارگيري برخي روش هاي منظم در طراحي سيستم هاي توليد و انتقال انجام گرفته است وليكن كاربرد آنها در طراحي توزيع به فراموشي سپرده شده است. از طرف ديگر، در آينده شركت هاي بهره برداري برق بيش از گذشته نياز به يك ابزار طراحي سريع و اقتصادي دارند تا طرح هاي مختلف پيشنهادي براي توسعه سيستم و تاثيرات آنها بر روي مابقي سيستم را مورد ارزيابي قرار دهند و بتوانند انرژي الكتريكي را به صورت اقتصادي، مطمئن و ايمن براي مشتريان خود فراهم نمايند.

هدف اصلي طراحي سيستم توزيع، پاسخ گويي به رشد تقاضاي انرژي الكتريكي مي باشد. به عبارتي نرخ رشد فزاينده بار و چگالي بارهاي زياد را مي توان با اضافه كردن سيستم توزيع جديد از طريق پست هاي فشار متوسط(فوق توزيع) برآورده كرد، به طوري كه داراي دو خصيصه مقبوليت تكنولوژيكي و ترجيح اقتصادي باشند. تمام اين عوامل و عوامل ديگري مانند كمبود زمين در مناطق شهري و مسائل زيست محيطي، طراحي بهينه سيستم هاي توزيع را مشكل مي سازند. طراحان سيستم توزيع بايد اندازه بار و موقعيت جغرافيايي آن را معين نمايند. سپس پست توزيع بايد به گونه اي از نظر اندازه و جا انتخاب شود كه ماكزيمم بار را با حداقل هزينه تلفات خطوط تغذيه كننده و ساختار سرويس دهد و در عين حال محدوديت هاي قابليت اطمينان در نظر گرفته شده باشد.

سيستم توزيع براي شركت بهره برداي برق به دو دليل داراي اهميت ويژه است : 1- نزديكي به مصرف كننده و 2- هزينه سرمايه گذاري بالا. از آنجا كه سيستم توزيع نزديكترين سيستم انرژي الكتريكي به مصرف كنندگان است وقوع خطا در آن سرويس‌دهي مصرف كننده را به طور مستقيم تحت تاثير قرار مي دهد، در حاليكه به طور مثال بروز خطا در سيستم هاي انتقال و فشار متوسط باعث قطع سرويس دهي به مصرف كنندگان نمي شود.

بنابراين طراحي سيتم توزيع از سطح مصرف كننده آغاز مي شود. عواملي مانند، تقاضاي بار، نوع بار، ضريب بار و ديگر مشخصات بار مصرف كننده نوع سيستم توزيع مورد نياز را ديكته مي نمايد.

ابتدا بايستي بارهاي مصرف كننده معين گردند و سپس به منظور تغذيه از طريق خطوط فشار ضعيف كه به پست فشار ضعيف متصل مي باشند دسته بندي مي شوند. سپس بارهاي ترانسفورماتورهاي توزيع با هم تركيب مي گردند تا تقاضاي بار سيستم فوق توزيع را معين كنند. بارهاي سيستم فوق توزيع به پست فشار قوي كه به سيستم انتقال متصل هستند ارجاع مي شوند. بارهاي سيستم توزيع، اندازه و موقعيت يا جايگيري پست ها فشار قوي و همچنين مسير عبور و ظرفيت خطوط انتقال را تعيين مي‌كند. به عبارت بهتر، خروجي هر گام در اين روند اطلاعات ورودي گام بعدي را فراهم مي سازد.

طراح سيستم توزيع، مساله طراحي سيتم توزيع را به مساله هاي كوچكتري خرد مي‌كند كه اين مسايل با روشها و تكنيك هاي در دسترس قابل حل باشند. شخص طراح، در صورت عدم وجود يك تكنيك پذيرفته شده، مي تواند مساله را به عنوان تلاشي در راه حداقل سازي هزينه خطوط فوق توزيع، پست ها، خطوط تغذيه كننده، انشعابها، هزينه تلفات و غيره تلقي كند. به هر حال، در اين فرآيند، طراح معمولا توسط مقادير مجاز دامنه ولتاژ، افت ولتاژ، نوسانات ولتاژ و غيره و همچنين تداوم سرويس دهي و قابليت اطمينان محدود مي گردد.

براي رسيدن به اين اهداف، شخص طراح، به منظور اضافه نمودن و يا بهينه سازي شبكه فوق توزيع، در مورد تعيين موقعيت و اندازه پستهاي فوق توزيع، مناطق سرويس دهي پست ها، اندازه خطوط تغذيه كننده و انشعاب ها، سطوح ولتاژ و افت ولتاژ در سيستم، موقعيت قرارگيري خازن ها و تنظيم كننده هاي ولتاژ و بارگيري ترانسفورماتورها و خطوط تغذيه كننده تصميم مي گيرد.

عوامل ديگري نيز وجود دارند كه بايد در نظر گرفته شوند، مثل، امپدانس ترانسفورماتورها، سطح عايقي سيستم، دسترسي به ترانسفورماتور يدك و پست سيار و نرخي كه مصرف كننده پرداخت مي نمايد. علاوه بر اينها با ابعاد بزرگ بايستي در نظر گرفته شوند، مثل زمان و مكان تقاضاي مصرف، تداوم و تواتر خروج آن، هزينه تجهيزات، بهره پول، هزينه فزاينده سوخت، قيمت صعودي و نزولي ديگر آلترناتيوهاي منابع توليد انرژي، تغيير شرايط اقتصادي اجتماعي و تمايل به افزايش تقاضاي كالا و خدمات، رشد يا كاهش جمعيت غير قابل پيش بيني منطقه اي، تغيير رفتار و آداب عمومي در نتيجه تغييرات تكنولوژيكي، ذخيره انرژي، تغيير شرايط اقتصادي مثل پيش بيني كاهش يا افزايش درآمد خالص (GNP)، تورم و برنامه هاي دولتي، استاني، شهري و محلي.

عوامل موثر در طراحي سيستم

تعداد و پيچيدگي مفروضات موثر در طراحي سيستم در نگاه اول متناقض به نظر مي رسند تقاضاي رو به افزايش ظرفيت توان، ولتاژهاي توزيع بالاتر، اتوماسيون بيشتر و پيچيدگي كنترل بيشتر، در ابتداي فهرست چنين عواملي هستند. محدوديت هايي كه طراح نيز با آن مواجه است عبارت از كمبود زمين در مناطق شهري، مفروضات زيست محيطي، محدوديت انتخاب سوخت، عدم مطلوبيت افزايش نرخ انرژي و ضرورت حداقل سازي سرمايه گذاري و هزينه توليد مي باشد.

مساله طراحي تلاشي در جهت حداقل سازي هزينه خطوط فوق توزيع، پست ها، خطوط تغذيه كننده انشعابها، هزينه تلفات و غيره مي باشد. در واقع، اين نيازمنديها و محدوديت ها مسئله طراحي بهينه سيستم توزيع را از قدرت حل شخص بدون تجربه خارج مي سازد.

پيش بيني بار

افزايش بار منطقه جغرافيايي كه توسط يك شركت بهره برداي برق سرويس دهي مي شود مهمترين عامل موثر در توسعه سيتم توزيع است. بنابراين پيش بيني افزايش بار و عكس العمل سيستم به اين افزايش بار در فرآيند طراحي ضروري است. دو محدوده زماني مهم در پيش بيني بار وجود دارد: بلند مدت، با افق زماني حدود 15 تا 20 سال و كوتاه مدت با افق زماني تا فواصل 5 سال. به طور ايده آل اين پيش بيني ها بايد بارهاي آينده را با دقت و جزئيات پيش بيني نمايند و حتي تا سطح مصرف كنندگان حقيقي گسترش يابد، اما در عمل نياز به تفكيك كمتري است و جزئيات زياد لازم نيست.

عوامل موثر پيش بيني بار

1- آلترناتيوم هاي منابع . 2- چگالي بار . 3- رشد جمعيت.

4- اطلاعات تاريخي. 5- عوامل جغرافيايي. 6- استفاده از زمين.

7- طرحهاي شهري. 8- طرحهاي صنعتي. 9- طرح هاي توسعه اجتماعي.

شاخص هاي اقتصادي، تاريخي و طرح هاي رسمي استفاده از زمين، همگي به عنوان اطلاعات ورودي در رويه پيش بيني عمل مي كنند. اطلاعات خروجي پيش بيني بار به صورت چگالي بار (كيلو وات آمپر بر متر مربع) براي پيش بيني هاي بلند مدت است. پيش بيني هاي كوتاه مدت نيازمند جزئيات كمتري هستند. چگالي بار متناسب با مختصات جدول بندي شده براي مناطق مورد نظر بوده و سپس از اين اطلاعات جدول بندي شده در طرح پيكره بندي سيستم كمك گرفته مي شود. جدول بندي پيش بيني بار يك وسيله مفيد طراحي براي آزمودن تمام مناطق جغرافيايي و در نظر گرفتن اعمال لازم جهت الگوهاي توسعه سيستم ارائه مي نمايد.

توسعه پست

طراح بر اساس اطلاعات ملموس و يا غير ملموس پيش بيني آينده يك سيستم، تصميم گيري مي كند. به طور مثال، بار پيش بيني شده، چگالي بار، و رشد بار ممكن است نياز به توسعه پست حاضر يا احداث يك پست جديد داشته باشد. در طرح توسعه سيستم، ساختار فعلي سيستم، ظرفيت و بارهاي پيش بيني شده نقش اساسي بازي مي‌نمايند.

برخي عوامل موثر در توسعه پست

1- محدوديت خطوط تغذيه (ورود و خروج) 2- عدم انعطاف انتقال.

3- ولتاژ انتقالي . 4- ظرفيت خط ارتباطي.

5- پيش بيني بر. 6- ظرفيت و ساختار فعلي.

7- محدوديتهاي پروژه اي. 8- اندازه فيزيكي و دسترسي به زمين.

9- حصار فيزيكي. 10- محدوديت اندازه موجوع.

11- عوامل اقتصادي.

انتخاب مكان پست

فاصله از مركز بار و خطوط فوق توزيع موجود و همچنين ديگر محدوديتها مثل دسترسي به زمين، قيمت آن و برنامه هاي استفاده از زمين مهمترين آنها هستند.

فرآيند جايابي پست مي تواند با يك روند مورد يابي كه تمام مكان هاي ممكن براي موقعيت پست از درون ان عبور مي نمايد توسط عوامل زير توصيف گردد؛

عوامل موثر در انتخاب مكان پست

1- چگالي بار . 2- پيش بيني بار.

3- موقعيت خطوط فوق توزيع. 4- دسترسي به زمين.

5- قيمت زمين. 6- برنامه استفاده از زمين.

7- موقعيت پست موجود. 8- محدوديت خطوط تغذيه.

منطقه سرويس، ناحيه تحت ارزيابي است. ابتدا مورد يابي اوليه با استفاده از يك سري مفروضات اعمال مي شود، مثل ايمني، مهندسي، طراحي سيستم، عرف، اقتصاد و زيبايي. اين گام از انتخاب مكان، اصولا مناطقي را كه براي توسعه نامناسب هستند را مشخص مي كند. سپس منطقه سرويس براي يك مجموعه از مكان هاي كانديدا براي احداث پست مورد ارزيابي قرار مي گيرد.

مكان هاي كانديد در سه دسته اصلي تقسيم بندي مي شوند:

1- مكان هاي نا مناسب مه براي توسعه در آينده مطلوب نيستند.

2- مكان هايي كه داراي برخي ويژگي هاي مطلوب هستند، اما براي ارزيابي جزئيات در حين روند طراحي انتخاب نمي شوند.

3- مكان هاي كانديدي كه بايستي با جزئيات بيشتي مطالعه گردند.

تاكيد بر روي هر كدام از فرضيات انتخاب مكان پست از سطح يه سطح و شركت به شركت فرق مي كند.

روند مكان يابي پست

منطقه سرويس.

مناطق كانديد ؛ الف- مكانهايي كه براي ارزيابي بعدي نگاه داشته اند.

ب- مناطق عير قابل استفاده.

مكانهاي كانديد

مكانهاي پيشنهادي.

ساير عوامل

وقتي بار ارجاعي به پست ها معين شد، در انتخاب ولتاژ، انتخاب مسير خطوط تغذيه كننده، تعداد خطوط تغذيه كننده، انتخاب اندازه هادي و هزينه كل را در نظر گرفت.

عوامل موثر بر برآورد هزينه توسعه سيستم توزيع

1- بهره از دست رفته حين ساختن. 2- هزينه سرانه.

3- هزينه نصب. 4- هزينه ساختار.

5- هزينه ساختمان. 6- هزينه مواد.

7- هزينه تعمير. 8- هزينه بهره برداري.

9- هزينه هاي ماليات و متفرقه.

در حالت عام، سطوح ولتاژهاي فوق توزيع و توزيع توسط سياست گذاري شركت تعيين مي گردد و به دليل استاندارد كردن و عوامل اقتصادي طراح آزادي زيادي در انتخاب اندازه هاي لازم و نوع و ظرفيت تجهيزات ندارد. به طور مثال طراح مي تواند ترانسفورماتور توزيع را از داخل ليست ترانسفورماتورهايي كه در حال حاضر در شركت موجود است، بازاء سطوح ولتاژي كه قبلا توسط شركت تثبيت شده است انتخاب نمايد.

تكنيك هاي نوين طراحي سيستم توزيع

امروزه اكثر طراحان سيستم توزيع الكتريكي در صنعت از برنامه هاي كامپيوتري مانند برنامه هاي پخش بار، برنامه هاي پخش بار شعاعي يا حلقوي، برنامه هاي محاسبات جريان اتصال كوتاه و جريان عيب، محاسبات افت ولتاژ و برنامه هاي محاسبه امپدانس كل سيستم، همچنين ابزارهايي ديگر مانند پيش بيني بار، تنطيم ولتاژ، طراحي خازن، قابليت اعتماد و الگوريتم هاي انتخاب و جايابي بهينه استفاده مي كنند، وليكن، در حالت كلي، مفهوم عام استفاده از اطلاعات خروجي هر برنامه به عنوان ورودي برنامه بعدي را به كار نمي برند. كامپيوترها محاسبات را به دقت انجام مي دهند و مهندسين طراح فقط باز بيني و مقايسه را انجام مي دهند. نه انجام محاسبات را، وليكن براي استنتاج مهندسي راهي جز استنباط شخص مهندس وجود ندارد.

شكل (1) نمودار بلوكي فرآيند طراحي سيستم توزيع را كه اكثر شركت هاي بهره برداري از آن استفاده مي كنند، نشان مي دهد. اين فرآيند در هر سال از يك دوره بلند مدت (20-15 سال) يك بار تكرار مي گردد. در اين رويه تلاشي براي تغيير، مطابق سليقه طراحي هر شركت بهره برداري انجام نشده است و روند عامي است. همان طوري كه نمودار نشان مي دهد روند طراحي داراي دو شاخه اصلي است : پيش بيني بار و ساختار طراحي سيستم توزيع، توسعه پست و انتخاب مكان پست.

ساختار طراحي از سطح مصرف كننده شروع مي شود. نوع تقاضاي مصرف، ضريب بار و ديگر مشخصات بار مصرف كننده، نوع سيستم توزيع مورد نياز را ديكته مي نمايد. ابتدا بار مصرف كننده تعيين مي گردد سپس خطوط فشار ضعيف كه به ترانسفورماتور توزيع متصل مي گردند مشخص مي شوند. بارهاي ترانسفورماتور توزيع با هم تركيب مي شوند تا تقاضاي مصرف روي سيستم فوق توزيع را معين كنند. بارهاي سيستم فوق توزيع سپس به پست انتقال فشار قوي ارجاع مي شود. بارهاي سيستم توزيع، موقعيت و اندازه پست ها و همچنين ظرفيت و مسير خطوط توزيع را مشخص مي كند.

شايد چيزي كه واضح نباشد اين است كه پيمودن يك چنين رويه مستقيمي ممكن نيست. رويه عامتر اين است كه بر حسب اطلاعات پيش بيني بار، يك تحليل مشخصه عملكرد براي سيستم انجام مي شود تا چگونگي توانايي سيستم موجود را براي پاسخگويي به فزايش بار جديد نسبت به قواعد مورد نظر شركت بسنجد. اين تحليل نياز به گام دوم رويه دارد، يعني ابزارهايي مانند پخش بار سيستم توزيع، پروفيل ولتاژ و برنامه تنظيم ولتاژ مي باشد. قواعد پذيرش كه سياستگذاري شركت آن را مشخص مي كند، اجبار به مصرف كننده و محدوديت هاي اضافي كه مي تواند به صورت زير باشد:

1- تداوم سرويس دهي.

2- حداكثر افت ولتاژ مجاز در پيك بار به دورترين مصرف كننده در سيستم توزيع فشار ضعيف .

3- ماكزيمم نزول ولتاژ متناسب با راه اندازي يك موتور با مشخصه جريان راه اندازي مشخص در دورترين نقطه شبكه فشار ضعيف.

4- حداكثر قله بار مجاز.

5- قابليت اطمينان سرويس دهي.

6- تلفات سيستم.

همان طوري كه نمودار شكل (1) نشان مي دهد اگر نتايج تحليل مشخصه عملكرد نشان دهد كه سيستم موجود براي برآوردن تقاضاي مصرف مناسب نيست، پس سيستم موجود به توسعه با تغيير و اضافات جزئي در سيستم نياز دارد، يا به يك پست جديد نياز است تا ساخته شود كه بتواند پاسخ گوي تقاضاي مصرف آتي باشد.

اگر تصميم به توسعه سيستم موجود با اضافات جزئي در آن باشد يك ساختار شبكه اضافي جديد طراحي و تحليل مي گردد تا سطح مطلوبيت لازم بدست آيد. اگر ساختار جديد نامناسب بود، يك بار ديگر تكرار مي شود تا يك مورد مطلوب پيدا شود. هزينه هر ساختار محاسبه مي شود.اگر هزينه زياد بود يا مشخصه عملكرد مناسب بدست نيامد تصميم كلي توسعه يا ساخت دوباره ارزيابي مي گردد. اگر نتيجه تصميم، احداث يك پست بود بايد مكاني براي آن انتخاب شود. اگر هزينه مكان انتخابي زياد بود، تصميم توسعه يا احداث نياز به ارزيابي بيشتري دارد. اين فرآيند وقتي پايان مي گيرد كه ساختار مطلوبي بدست آيد كه پايخ مسايل امروز يا آتي را با هزينه قابل قبول دارا باشد. خيلي از گام هاي توصيف شده در رويه بالا مي تواند با استفاده از كامپيوتر انجام شود.

مدل هاي طراحي سيستم توزيع

در حالت كلي، طراحي سيستم توزيع رويه پيچيده اي راه علت داشتن متغيرهاي زياد ديكته مي كند و يك وظيفه سنگين نمايش رياضي را به دليل داشتن نيازمندي ها و محدوديت هائي كه توسط ساختار سيستم مشخص مي شود، تحميل مي كند.

بنابراين مدل هاي رياضي توسعه يافته اند تا سيستم را با آنها نمايش داده و طراحان سيستم توزيع بتوانند اين مدل ها را بكار گيرند تا الگوهاي توسعه بهينه را تعيين و تحقق نمايند. به طور مثال با انتخاب :

- موقعيت بهينه پست.

- توسعه بهينه پست.

- اندازه هاي بهينه ترانسفورماتورهاي پست.

- انتقال بهينه بار بين پست ها و مراكز تقاضاي بار.

- مسير و اندازه بهينه خطوط تغذيه به منظور تغذيه بارهاي داده‌شده، انجام مي شود. در عين‌حال در هر‌يك از موارد فوق با محدوديت‌هاي زيادي به منظور حداقل‌كردن‌ ‌هزينه كل روبرو مي باشيم. برخي تكنيك هاي تحقيق در عمليات براي اين وظيفه عبارتند از:

1- روش سياست گزينه اي؛ كه توسط آن يك تعداد از ويژگي‌ها مقايسه مي گردند و بهترين گزينه انتخاب مي شود.

2- روش جداسازي؛ كه در آن يك مساله بزرگ به چندين مساله كوچك تقسيم و هر كدام جداگانه حل مي گردد.

3- روش هاي برنامه ريزي خطي و برنامه ريزي عدد صحيح، كه قيود محدوديتي غير خطي را خطي مي نمايد.

4- روش برنامه ريزي ديناميك ؛ هر كدام از اين روش ها داراي مزايا و معايب خود مي باشد. به خصوص در طراحي بلند مدت تعداد زياد متغيرها مشكلي جدي مي باشد.

شبكه هاي توزيع و پخش انرژي

اشكال مختلف شبكه هاي توزيع انرژي

شبكه هاي الكتريكي بر حسب رده ولتاژي كه مورد بهره برداري قرار مي گيرند، متفاوت مي باشند. شبكه هاي الكتريكي به طور كلي در سه رده ولتاژي فشار قوي، فشار متوسط و فشار ضعيف دسته بندي مي شوند. شبكه فشار قوي يا شبكه انتقال انرژي در رده ولتاژهاي 132،230 و 400 كيلو ولت و بالاتر مي باشد. شبكه فشار متوسط يا شبكه فوق توزيع در رده ولتاژي 63 كيلو ولت است. شبكه فشار ضعيف يا شبكه توزيع در رده ولتاژهاي 20 كيلو ولت و 400، 230 ولت است.

در طراحي يك شبكه توزيع انرژي كه مي تواند متعلق به يك كارخانه صنعتي، ساختمان هاي مسكوني بزرگ، يك محله و حتي قسمتي از يك شهر بزرگ باشد، نكات زير را بايد مد نظر قرار داد:

1- تلفات توان الكتريكي كمترين مقدار را داشته باشد.

2- وسايل و تجهيزات بكار برده شده كمترين مقدار ممكنه باشد.

3- حفاظت شبكه با كمترين استفاده از وسايل حفاظتي تامين شود.

4- طرح تا حد امكان ساده باشد.

5- قابليت اطمينان شبكه بالاترين مقدار ممكنه را دارا باشد.

كوشش براي دست يابي به تمامي شرايط بالا كه تا حدودي نيز با يكديگر مغاير هستند، باعث بوجود آمدن شبكه هاي مختلف گشته است. هر كدام از اين شبكه ها داراي مزايا و معايبي هستند كه به طور مفصل آنها رادر زير مورد بررسي قرار خواهيم داد.

الف) شبكه باز

در اين نوع شبكه، تغذيه انرژي از يك نقطه انجام مي پذيرد. يعني چنين شبكه اي از يك سوء تغذيه مي شود، و گاهي موارد به آن شبكه يك سوء تغذيه نيز مي گويند. در اين نوع شبكه محل تغذيه كننده اصلي مي تواند توسط دو خط موازي نيز تغذيه شده باشد و ازاين تابلوي اصلي انشعاب هايي (خطوط تغذيه كننده) انرژي را از تابلو تقسيم اصلي به مصرف كننده ها يا تابلوهاي تقسيم كوچكتر حمل نمايند، اين انشعاب ها شعاعي شكل مي باشند.

شبكه باز خود به چندين نوع تقسيم مي شود. در نوع اول اين شبكه، هر مصرف كننده توسط يك خط جداگانه از تابلو به طور مستقيم تغذيه مي گردد. در چنين شبكه‌اي قابليت اطمينان بالا است زيرا در صورت پديد آمدن خطايي در هر يك از انشعاب ها فقط همان مصرف كننده بدون برق مي ماند، به همين ترتيب تلفات الكتريكي هر يك از انشعاب ها كوچك باقي مي ماند زيرا از هر يك از انشعاب ها شدت جريان يك مصرف كننده عبور داده مي شود.(شكل 2)

در نوع دوم اين شبكه، چندين مصرف كننده به وسيله يك خط تغذيه مي شوند. بديهي است در چنين شبكه اي در صورت پديد آمدن خطايي در هر يك از انشعاب ها مصرف كننده هايي كه از اين انشعاب تغذيه مي شوند بدون برق مي مانند. و علاوه بر آن خط انشعاب بايدداراي سطح مقطع متناسب با مجموعه شدت جريان مصرف كننده‌هايي كه بر روي اين خط بسته شده اند، باشد. بالطبع تلفات انرژي و افت ولتاژ در اين خط انشعاب دار بزرگتر خواهد بود.(شكل 3)