مبحث تلفات انرژي از مهمترين مقوله‌هايي است كه صنعت‌برق با آن مواجه است و توجه به كاهش آن ضرورتي اجتنابناپذير است. دركشورهاي صنعتي از همان ابتداي شكل‌گيري اين صنعت يعني سال 1900 ميلادي مبحث تلفات مورد توجه قرار گرفت و تاكنون تلاشهاي زيادي در اين زمينه صورت گرفته و با ابداع روشهاي مختلف و بكارگيري آنها نتايج خوبي بدست آورده است. در كشور ما با توجه به اينكه اين صنعت هنوز در زمينه كاهش تلفات تا حد مطلوب راه طولاني را در پيش دارد ضرورت توجه به اين امر را متوجه مسوولان و محققان مي‌سازد.
با توجه به اينكه اكثر روشهاي معمول در دنيا با شرايط جغرافيايي و آب و هوايي ايران سازگار نبوده و نتايج آنها رضايتبخش نيست ضرورت تحقيق در اين مورد با استفاده از منابع و اطلاعات داخلي و شرايط طبيعي ايران دوچندان مي‌شود. در اين مجموعه سعي شده با ارايه مطالب مذكور بر ضرورت توجه هر چه بيشتر به تحقيق در اين زمينه صحه بگذاريم.
روشهاي مطالعه و بهبود تلفات را بايد به دو روش كوتاه مدت و بلندمدت تقسيم كرد.
در روشهاي بلندمدت از نظر آماري و در روشهاي كوتاه مدت بصورت فرمولي و عملي تلفات مورد بررسي قرار مي‌گيرد و نهايتاً با استفاده از تلفيق اين دو روش بهترين نتيجه حاصل مي‌شود.
كاهش تلفات انرژي الكتريكي بكلي عبارت است از افزايش ظرفيت توليد و افزايش ظرفيت شبكه انتقال توزيع بدون آنكه در امرتوليد سرمايه‌گذاري كرده باشيم. بعنوان مثال آماري را از نشريه آمارتفسيري صنعت‌برق ذكر مي‌كنيم:
بر اساس آمار اين نشريه كل تلفات در شبكه انتقال و توزيع 7601 ميليون كيلووات ساعت بيان شده است كه ميزان 9/13 درصد كل توليد را بيان مي‌كند. اگر مصارف داخلي نيروگاه را هم به آن اضافه كنيم به عدد 5/20 درصد مي‌رسيم اين اعداد مقدار متوسط است و تلفات در پيك به مقداري حدود 30 درصد هم مي‌رسد اما اگر همين 9/13 درصد را در نظر بگيريم ضرري كه از اين جانب به صنعت‌برق كشور تحميل مي‌شود بالغ بر 600 ميليارد ريال در سال است. اين امر نشان مي‌دهد كه هنوز تلفات با همه ابعادش شناخته شده نيست. بعنوان مثال تلفات چند كشور را در نظر مي‌گيريم تا فاصله ما با بقيه كشورها مشخص شود.
در سال 1360 تلفات شبكه توزيع ايران 4/15 درصد در ژاپن 8/5 درصد، كره جنوبي 7/6 درصد در فرانسه 9 درصد در هندوستان 5/20 درصد بوده است در سال 1365 اين آمار به نحو زير است:
در ايران 6/12 درصد در ژاپن 7/5 درصد در كره جنوبي 5/6 درصد در فرانسه 8 درصد در پاكستان 09/24 درصد در آلمان 4 درصد در چين 2/8 درصد و هندوستان 21 درصد بوده است بنابراين ما بايد تلاش كنيم مقدار تلفات را به مرز عملي حداقل 5 درصد برسانيم.
نكته‌اي كه بايد متذكر شويم اين است كه ازاين اعداد مقداري حدود دو سوم تلفات در شبكه توزيع است بنابراين بصورتي اجتنابناپذير بايد اهم انرژي خود را صرف كاهش تلفات در شبكه توزيع كنيم و علل اساسي تلفات را ريشه‌يابي كنيم.
در عمل مدلهاي موجودي كه در دنيا ارايه شده بدليل تفاوت اقليمي و آب و هوايي كشور ما با كشورهايي كه تحقيقاتي در آنها انجام شده كاملاً با واقعيت منطبق نيست و بايد تحقيقات كاملي در اين زمينه ارايه شود. طبق گزارشي كه كميته تحقيقات وزارت نيرو ارايه كرده است نتايج
Lood flow با واقعيت منطبق نيست يا در مناطقي كه كويري است عواملي است كه باعث ازدياد تلفات كرونا مي‌شود
بنابراين بايد آزمايشات انجام گرفته در ايران با شرايط حاكم مطابق باشد تا به واقعيت نزديك شويم. مساله ديگري كه مطرح است مديريت مصرف است. با مديريت صحيح مصرف مي‌توان به ميزان قابل ملاحظه‌اي تلفات را كم كرد و توان مصرفي را آزاد كرد.
بنابراين مديريت مصرف و كاهش تلفات بصورت تنگاتنگي به هم مربوط هستند متذكر شويم مقدار تلفات شبكه توزيع حدود دو سوم كل تلفات است اين مقدار چيزي حدود 10 تا 11 درصد و از لحاظ توان پيك حدود 14- 15 درصد است.
بطور كلي اين مقدار تلفات محصول علل مختلفي مي تواند باشد كه آنها را مي‌توان بطور اجمالي در غيرمهندسي بودن ارقام نجومي بالغ برچند صدهزار كيلومتري شبكه‌هاي فشار متوسط و فشار ضعيف و بار نامتناسب با شبكه يعني بطور كلي عدم توجه به استاندارد و كيفيت برق تحويلي به مشتركان كه في‌المثل بايدهمراه با افت ولتاژ مجاز و با حداقل قطع برق در مواقع بروز حادثه در شبكه توزيع نيرو باشد دانست.
در مورد علل بروز تلفات مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
• انتخاب غيربهينه محل پستهاي 20kv كيلوولت، عدم تعادل بار فيمابين ترانسفورماتورهاي مختلف توزيع
• پايين بودن ضريب قدرت بارهاي عبوري از المانهاي شبكه
• كاربرد وسيع سيمهاي مقطع پايين بويژه در شبكه فشار ضعيف
• نداشتن طرح جامع توسعه شبكه
• عدم هماهنگي بين عرضه و تقاضا
• تسلط فرهنگ استادكاري در شبكه توزيع
• عدم اعمال جدي مديريت بار
• برق‌هاي غيرمجاز
نصب برقگيرهاي نامناسب در پست (برقگيرهاي شاخكي پس از ايجاد جرقه ديگر مسير جرقه بسته شده و باز نخواهد شد و يك مسير دائمي جريان بوجود مي‌آيد و براي قطع اين جريان حتماً‌بايد پست را بي‌برق كنيم) كه اين خود خسارتهايي را بدنبال خواهد داشت. علاوه بر شناخت و اهتمام به مسائل ذكر شده كه از علل بروز تلفات هستند بايد برنامه‌هاي كوتاه مدت و بلند‌مدتي را هم مدنظر قرار داد. از جمله اقدامات كوتاه‌مدت موارد زير است:
– ايجاد تقارن هر چه بيشتر در بار فازهاي كليد كابلها و خطوط هوايي 220 ولتي توزيع نيرو با جابجايي لازم انشعابات مشتركان از روي فازهاي پربارتر بر روي فازهاي كم بارتر.
– استفاده از ترانسفورماتورهاي با نسبت تبديل برابر و مشخصات ترانسهاي برابر
– يافتن نقاط ژرف الكتريكي و شارتل‌گذاري درآن نقاط نصب خازنهاي كوچك 5 تا 20 كيلوواري در انتهاي خطوط فشار ضعيف داراي افت ولتاژ زياد.
– روشهاي فوق احتياج به سرمايه‌گذاري كمي از نظر تجهيزات دارد و عمدتاً به نيروي انساني وابسته است با انجام كارهاي فوق حدود 2 تا 3 درصد كاهش تلفات خواهيم داشت كه از نظر توان حداقل معادل 500 مگاوات آزادسازي ظرفيت خطوط و توليد است در مرحله بعدي بايد به اقدامات بلندمدت توجه كرد كه اهم آنها به قرار زير است:
– پيش‌بيني چگالي بار
– تهيه نقشه‌هاي وضع موجود شبكه فشار متوسط و ضعيف
– برقراري روش و گردش كار منظم آمارگيري
– تهيه و تصويب فلسفه سيستم توزيع
– ارتقاء سطح علمي كادر پرسنلي توزيع نيرو
– تكميل استانداردهاي مهندسي و كاربردي شبكه‌هاي توزيع نيرو
– ارتقاء سطح ضريب قدرت مصارف خانگي و تجاري كه با توجه به بالا بودن درصد مصرف تجاري و خانگي در ايران و پايين بودن ضريب قدرت در اين نوع مصارف رقم قابل توجهي خواهد بود.
– تامين اعتبارات ارزي و ريالي به حد كفايت
– مديريت بار و مصرف
حال به يكي از انوع تلفات ناشي از كرونا مي‌پردازيم:
با بررسي‌هايي كه انجام شده است معلوم شده كه تلفات كرونا در خطوط انتقال ايران 5/17 مگاوات است كه در هواي باراني اين تلفات به مراتب افزايش مي‌يابد و ممكن است اين تلفات در سطح شبكه كشور به 300 مگاوات هم برسد البته تلفات كرونا به شرايط جوي از قبيل درجه حرارت هم وابسته است اين تلفات در خطوط توزيع هم وجود دارد كه عمدتاً خط توزيع 20 كيلوولت است. براي بررسي تلفات كرونا تاريخچه محاسبه اين نوع تلفات را متذكر مي‌شويم:
در سال 1911 پروفسور پيك از نتايج آزمايشگاهي روي خطوط تلفات كرونا را بصورت نقاط بسيار پراكنده بدست آورد به دليل پراكندگي زياد curve fitting مناسبي بدست نيامد ولي به هر حال فرمولي ارايه كردند در سال 1927 اقاي پيترسون و در سال 1980، EPRI هر كدام فرمولي ارايه كردند. در همه موارد فوق بدليل پراكندگي زياد نقاط بدست آمده امكان بدست آوردن تابعي دقيق از منحني مقدور نبود.
آنچه كه ما بايد انجام دهيم و بهترين روش براي بدست آوردن تلفات كرونا است استفاده از روش شبكه‌هاي عصبي براي تعيين اين تلفات است. چون شبكه عصبي تابع خاصي را نشان نمي‌دهد و براي ارتباط پراكنده بهم و بعبارت ديگر براي
curve fitting به ما جواب مي‌دهد. براي اين كار بايد روي دكل‌ها ايستگاه‌هاي اندازه‌گيري ايجاد كنند تا به اين ترتيب تلفات كرونا اندازه‌گيري شود تا در نهايت به جوابهاي دقيقي برسيم چرا كه استفاده از فرمولهاي معمولي به دليل پايين بودن دقت در خروجي برنامه شبكه عصبي تاثير داشته و آنرا دچار خطا مي‌كند.
(در مورد شبكه عصبي بايد بگوييم كه وقتي روي دكل‌ها از دستگاه‌هاي اندازه‌گيري استفاده كنيم در حقيقت يك شبكه كامل اندازه‌گيري يا در حقيقت شبكه‌اي از اعصاب را بوجود آورده‌ايم كه اين اعصاب حس‌كننده ميزان تلفات كرونا هستند و اطلاعات لازم را به مركز شبكه كه همان مركز تجزيه و تحليل اطلاعات است مي‌فرستند.)
نكته مهمي كه در اينجا بايد متذكر شد اين است كه هر چند تلفات كرونا در مقايسه باتلفات ژولي خيلي كم است ولي در ساعات پيك بار تاثير مهمي در سطح كاري دارد و لذا در طراحي خطوط سعي مي‌شود كه همزمان بودن پديده كرونا با بار پيك مدنظر قرار گيرد.
موارد ديگر تلفات شامل تلفات ژولي يا اهمي و تلفات در پستهاي تبديل و … است ولي چون بيشترين تلفات در شبكه توزيع است اهم كوشش را روي اين مبحث متمركز مي‌كنيم:
در بررسي تلفات خطوط توزيع يك سري عوامل فني و غيرفني دخالت دارند كه علاوه بر مواردي كه در صفحه 2 به آنها پرداخته شد موارد زير را نيز مي‌توان به آنها اضافه كرد:
از عوامل غيرفني مي‌توان به موارد ديگر زير اشاره كرد:
– عدم نصب كنتورهاي روشنايي معابر
– عدم كنترل و نظارت بر كنتورهاي منصوبه
– عدم نصب كنتور مصارف شركتها و منازل سازماني آنان
عوامل فني كه به آنها اشاره نشده هم به مواردزير مي‌توان اشاره كرد:
عدم استفاده از ترانسفورماتورهاي با قدرت مناسب درشبكه‌هاي توزيع با توجه به اينكه مي‌دانيم حداكثر راندمان يك ترانسفورماتور در 70 درصد بار نامي آن است و بنابراين بايد سعي كنيم هميشه مقدار بار ترانس حوالي 70 درصد بار نامي باشد و يا ميانگين بار ترانس درحدود 70 درصد با بهره‌برداري صحيح‌تر و تلفات كمتر باشد.
توزيع يكفازه فشار ضعيف در شهرها و روستاها:
عدم تعادل بار فازها در شبكه فشار ضعيف و برقدار شدن سيستم نول شبكه كه به تبع آن ضمن كاهش راندمان ترانس قسمتي از انرژي نيز توسط نول تلف مي‌شود.
فرسودگي شبكه و مواد ديگر….
بنابراين راههاي كاهش تلفات بصورت زير پيشنهاد مي‌شود:
1- ايجاد تعادل و تعديل بار كابلها و خطوط فشار متوسط و فشار ضعيف (اعمال مديريت كنترل بار)
2- كاهش طول كابلها و خطوط و افزايش سطح مقطع آنها (البته بايد مبحث اقتصاد مهندسي نيز در نظر گرفته شود)
3- ايجاد شبكه‌هاي توزيع بر اساس محاسبات مهندسي
4- دقت عمل مصالح و اصلاح تا حد استاندارد در لوازم اندازه‌گيري
5- جمع‌آوري و جلوگيري از برق‌هاي غيرمجاز
6- تعميرات اساسي زمان‌بندي شده
7- احداث شبكه‌هاي فشار ضعيف بصورت سه‌فاز (احداث شبكه بصورت پنج سيمه ضمناً مقطع نول و فاز يكسان باشد)
8- بالانس كردن شبكه‌ها (تعادل بار فازها)
9- استاندارد كردن كابلهاي ورودي و خروجي مطابق با ظرفيت ترانسفورماتورها و بار آنها
10- نصب ترانسفورماتور در مركز ثقل بار
11- شاخه بري درختان بمنظور جلوگيري از برخورد شاخه‌هاي درختان با شبكه‌هاي فشار متوسط و فشار ضعيف
12- كامل كردن ارت در شبكه‌ها
13- تست كردن روغن ترانسها
14- سرويس منظم و شستشوي شبكه‌هاي آلوده ورفع فرسودگي‌ها و خوردگي‌هاي شبكه
15- استفاده بهينه از ظرفيت ترانسفورماتورها در حدود 17 درصد بار نامي آنها
16- بكارگيري خطوط باندل در كاهش تلفات بخصوص در مناطق گرمسير
17- رعايت اصول فني در هنگام برقراري اتصالات الكتريكي
18- سيم‌كشي داخلي به مشتركان تحت ضوابط و مطابق با استاندارد
19- نصب خازن در محلهاي مناسب
لذا چنانچه وضع بهره‌برداري از شبكه‌هاي توزيع به همين منوال ادامه يابد و به عواملي از قبيل عدم بالانس خطوط، وجود خطوط طولاني، تداخل شاخه درختان با شبكه‌هاي برق، خطاي زياد در لوازم اندازه‌گيري بعلت نامناسب بودن محل نصب آنها، عدم رسيدگي و تعمير و نگهداري به موقع از شبكه‌ها، عدم تناسب قدرت ترانسفورماتورهاي منصوبه با بار مصرفي و … توجه نشود تلفات بخش توزيع رو به فزوني خواهد بود و طولي نخواهد كشيد كه شبكه‌هاي جديد هم مستهلك و پرهزينه خواهد شد.
لذا بايد بطور جدي و پيگير رسيدگي به شبكه‌هاي توزيع مورد توجه قرار گيرد. مناسب‌ترين روش براي جلوگيري از استهلاك شبكه‌هاي توزيع و كاهش تلفات،تهيه و اجراي يك برنامه منظم و مشخص بهره‌برداري و تعمير و نگهداري است.
يك قسمت از تلفات در فيدرهاي 20 كيلوولت است براي محاسبه اين تلفات مي‌توان در يك روز بخصوص تمام كنتورهاي منصوبه روي ترانسفورماتورهاي فيدر را قرائت كرد سپس در يك دوره مشخص با قطع فيدر مزبور دوباره قرائت كنتور ترانسفورماتورها و ابتداي فيدر را انجام داد براي جايي كه تعداد فيدرها زياد است مي‌توان از روش كامپيوتري استفاده كرد، به اين ترتيب كه براي هر فيدر نقاط مصرف را گره در نظر مي‌گيريم و اطلاعات از قبيل شماره گره ابتدا، شماره گره انتها، فاصله دو گره متوالي، نوع و سطح مقطع سيم يا كابل بين دو گره، نوع گره (تي‌اف يا ترانس) بار ترانس، ظرفيت ترانس، ظرفيت خازن يا اتوبوستر (در صورت وجود انواع مصرف كشاورزي، عمومي، صنعتي، تجاري) و ضريب قدرت را جمع‌آوري كرد.
با مشخص كردن آمار فوق تنهابار ترانس است كه دقيقاً مشخص نبوده و همواره در حال تغيير است. براي بدست آوردن اين داده‌ها از روش اندازه‌گيري مستقيم و پيوسته و يا با توجه به بار پيك و نوع مصرف و ضريب بار مي‌توان استفاده كرد و ضريب قدرت را هم بر حسب نوع مصرف حدس زد و اطلاعات را كامل كرد. براي محاسبه تلفات در شبكه فشار ضعيف نيز لازم است هر ترانس يك فايل ايجاد كرده و مانند روش فوق را بدست آورد. با اين اقدامات مي‌توان فيدرها و پستهايي را كه داراي تلفات بالايي هستند شناسايي كرده و با نصب خازن و اصلاح شبكه تلفات را تقليل دهيم.
بنابراين اشكالاتي كه در محاسبه تلفات بوجود مي‌آمد مثل عدم قرائت همزمان كنتورها از بين مي‌رود اما در زمينه خطاي كنتورها و برنامه پخش بار كه براي اجرا نياز به داشتن مقادير همزمان MW,MVAR بار دارد، اين خطا را با استفاده از كنتورهاي با كيفيت بالا و روشهاي صحيح اندازه‌گيري كاهش داد همچنين آموزش صحيح و مهارت اپراتورها باعث كاهش تلفات خواهد شد. كنترل و اصلاح ولتاژ و استفاده از جبران‌كننده ميزان تلفات را كاهش مي‌دهد.
نكته‌اي كه در مورد خطاي اندازه‌گيري كنتورها بايد متذكر شويم خطاي ضريب كنتور است. در تحويل كنتور به مشتركان شركت برق از كنتورهاي 15A براي تحويل اشتراك 25A استفاده مي‌كند كه با توجه به اينكه اين كنتور مثلاً براي جبران 15A طراحي شده است و با توجه به اينكه اينگونه نصب بدليل داشتن ضريب 4 كنتور مثلاً براي مصارف خانگي است باعث ايجاد خطا در اندازه‌گيري خواهد شد و اين مطلب بايد همواره مدنظر قرار گيرد. همچنين بايد خطاي وجود گردو غبار و كثيفي كنتور كه مي‌تواند خطاي مثبت يا منفي ايجاد كنند نيز مدنظر قرار گيرد.
يكي از عوامل تلفات در شبكه توزيع عدم تقارن بار است كه قبلاً به آن اشاره شده است ليكن اين مطلب از آن جهت حائز اهميت است كه بصورت‌هاي زير موجب تلفات مي‌شود:
الف- عبور جريان اضافي از سيم نول و افزايش تلفات بصورت RI2
ب- ايجاد جريانهاي صفر و منفي در شبكه
بر اثر ايجاد جريانهاي صفر و منفي تلفات در موتورها و ژنراتورها افزايش يافته و ترانسها به اشباع نزديكتر مي‌شوند. كه اين خود سبب افزايش تلفات و كاهش ظرفيت باردهي آنها مي‌شود. روش‌هايي كه مي‌توان در ضميمه كاهش تلفات ناشي از عدم تقارن بار پيشنهاد كرد عبارتند از:
الف- استفاده از سيمهاي با مقطع بالاتر در سيم نول در جاهايي كه عدم تقارن بار زياد و غيرقابل كنترل است.
ب- آموزش سيمبانها و كارگران شركت برق و ملزم كردن آنها به تقسيم‌بندي مناسب مشتركان روي فازهاي شبكه فشار ضعيف
ج- متعادل كردن شبكه از ديد ترانسهاي توزيع (استفاده از جبران‌كننده‌هاي سلفي و خازني و ….)از موارد ديگري كه در كاهش تلفات موثر است به تغيير استانداردهاي معماري و شهرسازي با نظارت درانشعاب تكنولوژي و غيره است. همچنين استفاده از لامپهاي كم‌مصرف باعث صرفه‌جويي زيادي در مصرف انرژي مي‌شود كه مصرف كمتر يعني بار كمتر و در نتيجه تلفات كمتري را بهمراه دارد.
از جمله عوامل تشديد تلفات علاوه بر موارد ذكر شده قبلي موارد زير نيز مطرح مي‌شود:
– بكار بردن كلمپهاي آلياژ آهن در خطوط 20 كيلوولت روستايي و تلفات بيشتر نسبت به كلمپهاي آلومينيومي بدليل ايجاد جريانهاي هيسترزيس و فوكو.
– استفاده از شبكه‌هاي شعاعي بجاي شبكه‌هاي به هم پيوسته فشار ضعيف و متوسط
– نداشتن ايمان و انگيزه كاري بعضي از كاركنان و عدم امكان نظارت و كنترل آنها
ماهناهمه صنعت برق