مقدمه ای بر پست و توزيع

-1- انتقال انرژي الكتريكي : 
 1-1-1- انتقال الكتريسيته

انرژي الكتريكي را مي توان بطور اقتصادي به فاصله هاي دور انتقال داد برق از نيروگاه تا مراكز بار به وسيله  خطوط انتقال فشار قوي انتقال مي يابد يكخط انتقال را مي توان به يك لوله آب تشبيه كرد كه هر چه فشار آب بيشتر ولوله بزرگتر باشد آب بيشتري در لوله جريان خواهد يافت . به همين طريق هر چه ولتاژ بيشتر باشد وقطر سيم بزرگتر باشد انرژي الكتريكي بيشتري از خط انتقال عبور خواهد كرد .

هر چه ولتاژبيشتر باشد توليد و انتقال ارزانترتمام مي شود زيرا از رابطه p=vicosθ    افزايش ولتاژ موجب كاهش جريان براي مقدار معين توان مي شود . هر چه جريان كمتر باشد اندازه كابل ها  ,سويچ گير هاي حفاظتي كوچكتر و تلفات توان خط ( P=RI ) نيز كنترل و كمتر مي شود .

 2-1-1-ساختمان يك خط انتقال نمونه

    اكثر خطوط انتقال ، هوايي مي باشند زيرا خطوط زميني براي انتقال به فواصل زياد بسيار گران تمام مي شوند . هاديهاي  خطوط هوايي به وسيله برج هاي مشبك فولادي  ( دكل ) يا پايه هاي چوبي ، جهت عايق نمودن هاديها از زمين در هر نوع شرايط جوي و جلوگيري از تماس اتفاقي مي باشد . استفاده از پايه هاي بلند اين امكان را مي دهد تا از اسپان هاي بلند و در نتيجه تعداد پايه هاي كمتري استفاده كرد .

    اندازه يا طول مقره بستگي به ولتاژ خط دارد . هرچه ولتاژ قويتر باشد بايستي طول زنجيره مقره بلندتر باشد . هادي ها معمولا از آلومينيوم رشته اي با هسته فولادي است . آلومينيوم هادي خوبي براي الكتريسيته است ، و هسته فولادي موجب مقاوم شدن هادي مي شود . يك هادي مقاوم وسبك را مي توان با فلش (شكم) كمتر در اسپان هاي بلند استفاده نمود  .

3-1-1- ولتاژ خط انتقال

    نيروي الكتريكي در نيروگاه ها 13800 ولت تا 24000 ولت توليد مي شود . يك ايستگاه ترانسفورماتور افزاينده بعد از نيروگاه ولتاژ را تقويت مي كند تا با بازده بالا انتقال يابد . ولتاژهاي توليدي در نيروگاه تا ولتاژهاي  معمول خط انتقال يعني 123000 ولت ، 230000 ولت ، 400000 ولت ، 500000ولت و 765000 ولت افزايش مي يابد . به عنوان يك قاعدﮤ كلي ، اگر ولتاژ 2 برابر گردد انرژيي كه ميتوان انتقال داد بدون افزايش تلفات خط ، چهار برابر مي شود .

    در خطوط فشار قوي ( EHV ) مانند مدارهاي 500 كيلو ولت از هادي هاي باندل كه 2 ، 3 يا 4 هادي به وسيله اسپيسر دمپر به يك ديگر متصل مي گردند استفاده مي شود باندل نمودن هادي ها باعث جلوگيري از مشكلات ولتاژ فشار قوي مي گردد . در هر صورت ظرفيت افزايش يافته هادي علاوه بر ولتاژ فشار قوي اجازه مي دهد يك خط 500 كيلو ولت تك مداره تا معادل 8 مدار 230 كيلو ولت انرژي حمل نمايد .

4-1-1- پست هاي سيستم انتقال

    پايانه هاي خطوط انتقال در پست ها و سوئيچ ها ياردها ( محوطﮥ كليدها ) قرار دارند . پست هاي برق ، ايستگاه هاي تغيير ولتاژ هستند . ترانسفورماتورها ميتوانند به منظور انتقال مؤثر ولتاژ فشار قوي ، ولتاژ را افزايش و يا براي توضيع نيرو در جاده ها و خيابان ها ، ولتاژ را كاهش دهند .

 تجهيزات به گونه اي  طراحي شده كه ايستگاه بتواند در صورت خارج شدن قسمتي از مدار ، خط فوق توزيع مربوطه را تغذيه نمايد .

5-1-1- سوئيچ يارد (محوطه كليد ها )

    سوئيچ ياردها در پايانه هاي خطوط انتقال قرار دارند . يك سوئيچ يارد شامل كليد هاي قطع كننده ( سكسيونر ها ) ، مدار شكن ها ( ديژنگتورها ) ، رله ها و سيستم هاي ارتباطي براي محافظت مدار مي باشد . سوئيچ يارد اين مكان را ايجاد مي كند كه برق از مدارهاي مختلف عبور كند و اطمينان حاصل شود كه حتي  وقتي بعضي از قسمتهاي يك سيستم قدرت خراب مي شود مشتريان به طور مستمر سرويس دريافت دارند .

    مدار هاي متعددي كه به داخل يك سوئيچ يارد وارد مي شود به وسيله يك مدار مشترك به نام باس يا شينه به يكديگر ارتباط مي يابند . اصطلاح باس از كلمه اومني باس به معني مجموعه اي از اشياء متعدد يا در اين حالت يك مجموعه اي از مدار ها متعدد است . باس بايستي بتواند جريان خطي زيادي را حمل نمايد بنابراين معمولا شامل هاديهاي خيلي بزرگ يا لوله مسي يا آلومينيومي بزرگ و سخت مي باشد . سوئيچ يارد معمولا در داخل همان محوطه محصور شدة ترانسفورماتور قرار دارد و قسمتي از پست را تشكيل مي دهد .

كليدهاي فشار قوي :

1- سكسيونرها : يكي از كليدهاي فشار قوي بوده كه به دو صورت قابل قطع زير بار و غير قابل قطع زير بار مي باشد . كه به صورت دستي كنترل شده و عمل قطع و وصل انجام مي شود .

2- اتوريكلوزرها : اين كليد براي محافظت مدار و يا شبكه هاي فشار متوسط و قوي استفاده مي شود كه بصورت اتوماتيك عمل مي كنند . عملكرد اين كليد به اين صورت است كه چنانچه در شبكه ما اتصال كوتاهي رخ دهد اين كليد بصورت اتوماتيك 3 يا 4 مرتبه عمل قطع و وصل را انجام مي دهد و چنانچه مشكل شبكه (اتصال كوتاه) برطرف شده باشد به حالت وصل مي ماند و اگر برطرف نشده باشد در قطع و وصل چهارمي ديگر وصل نمي شود .

3- ديژنگتورها : اين كليد به صورت قطع و وصل خودكار مي باشد و بيشتر براي محافظت تجهيزات فشار قوي استفاده مي شود .

4- سكشن آلايزرها : اين كليد عملكردش تقريبا همانند ريكلوزرها مي باشد كه در شبكه هاي شعاعي بعضاً هم حلقوي از اين نوع كليد استفاده مي شود ، كه وظيفه آن كنترل يك قسمت مخصوص است .

6-1-1- ارتباط بين پستها

    اپراتور بايد وسايل اندازه گيري و آلارمها (هشداردهنده ها ) كه شرايط ايستگاهها و خطوط منطقه تحت كنترل را نشان مي دهد در اتاق كنترل بازبيني كند . اپراتور مي تواند خارج از نيروگاه و ايستگاه ، كليد ها را به طريق كنترل از راه دور باز و بسته نمايد . اين كنترل عاليه سيستم بستگي به سيستمهاي ارتباطي  بين ايستگاهها (مركز ديسپاچينگ ) دارد .

    براي انتقال اطلاعات و علائم از ايستگاهي به ايستگاه ديگر از خطوط تلفن ، كابل نوري ،سيستمهاي PLC ، سيستمهاي ماكروويو يا ماهواره اي استفاده مي شود . چون وجود ارتباط مداوم بسيار حياتي مي باشد ، معمولا بيش از يك سيستم ارتباطي در محل وجود دارد تا در صورت خرابي يك سيستم ، بتوان از سيستم ديگري استفاده نمود .

    خطوط تلفن يك ارتباط عادي بين ايستگاه ها است . استفاده از كابل نوري در شيلدوايرا بر روي خطوط انتقال ، يك حالت ارتباطي معمول مي باشد .

    سيستم plc از هاديهاي خط قدرت  براي انتقال اطلاعات استفاده مي نماييم . علائم ارتباطي به وسيله دستگاهي كه شبيه به ترانسفورماتور ولتاژ است ولي در اصل يك ترانسفورماتور كوپلينگ ولتاژ خازني ( ccvt ) مي باشد ،به هاديهاي قدرت ارسال يا از آن دريافت مي شود . به منظور نگهداري علائم انتقالي در قسمتهاي مورد نظر خط قدرت ، تله هاي موج  نصب مي گردد. تله موج كه شبيه به يك سيم پيچ استوانه اي بزرگ مي باشد از پيشروي علائم در خط جلوگيري مي نمايد .

    ارتباطات ماكروويو بين ايستگاه ها نياز به برج (دكل) همراه با آنتن در هر ايستگاه دارد . آنتن هاي فرستنده و گيرنده ماكروويو نياز به يك ديد مستقيم و بدون وجود هيچ مانعي در بين آنها دارد . بايستي برج هاي ماكروويو در صورت امكان بر روي تپه ها  به فاصله 60 تا 100 كيلومتر (35 تا 60 مايل ) نصب گردند تا علائم بين برجها مخابره شود .

7-1-1- استخرهاي قدرت الكتريكي

    نيروگاه به وسيله خطوط انتقال در استخرهاي بزرگ منطقه اي يا شبكه هايي كه از مرز هاي شركت هاي برق مي گذرد به يكديگر مرتبط مي شوند . قدرت الكتريكي توسط اين شبكه ها به هر جايي كه نياز باشد ارسال مي گردد . بدين ترتيب اين انرژي مي تواند مثلا در فصل گرما براي تغذيه اوج بارهاي حرارتي به شمال كشور ارسال شود . 

    لوازم اندازه گيري در پايانه هاي خطوط يا پست هاي تبديل مقدار انرژي كه از مرزهاي سرويس دهي شركت ها عبور مي كند وهمچنين مبالغي كه بايستي بابت آنها پرداخت يا به حساب منظور شود را تعيين مي كنند . بعضي اوقاتيك شركت برق فقط انرژي رااز يك همسايه توليد كننده برق به همسايه ديگر انتقال مي دهد و هزينه اين انتقال (ترانزيت) را دريافت مي دارد .

8-1-1- خاموشي و ضعف ولت

    خاموشي بزرگ در شمال شرقي ايالات متحده آمريكا و كانادا در نهم نوامبر 1965 ميلادي بوجود آمد . اشكال يك عنصر در استخر قدرت (شبكه) موجب شروع يك زنجيره واكنشي شد كه منجر به از دست رفتن بيشتر آن شبكه گرديد . از آن زمان پيشرفت طرح هاي حفاظتي آغاز و نصب تجهيزات حفاظتي خوب براي جدا نمودن نقاط معيوب صورت گرفت شركتهاي برق همواره با بهبود طرح هاي حفاظتي ، داراي فرايندهايي هستندكه در صورتي كه تقاضا (ديماند) مشتركين بيش از مقدار انرژي توليد شده سيستم باشد ، عملا ولتاژ شبكه را كاهش مي دهند ويا بار را از سيستم كم مي كنند .

    وقتي تقاضاي مشتريان از استخر قدرت بيشتر از مقدار توليد شده يا تامين شده توسط خطوط انتقال باشد ، انداختن بار آخرين مرحله تصميم گيري خواهد بود.  قبل از قطع بار ، بايستي ولتاژ شبكه را پايين آورد تا كل انرژي تحويل شده به مشتركين كاهش يابد .

    ممكن است مشتركين (مشتريان برق) مشاهده كنند كه روشنايي آنها قدري كم نور شده و موتورهاي روشن ، گرمتر ميشوند .بعضي از شركت هاي برق خارج از كشور هر دو سال يكبار به وسيله كاهش ولتاژ سيستم آزمايشاتي را انجام مي دهند . ضعف ولت معمولا تنها توسط مشتركيني ملاحظه مي شود كه تقريبا كمتر از ولتاژ نرمال در مواقع معمول دريافت مي دارند .

    اگر بعد از اينكه عملا ولتاژ سيستم كاهش يافت هنوز نتوان به اندازه كافي تقاضاي مشتركين را تامين كرد ، بايستي ابتدا بعضي از صنايع بزرگ را از مدار خارج كرد . معمولا اين صنايع قراردادي با شركت برق دارند كه اجازه ميدهد بارشان در مقابل نرخ بهتر يا فروش كمتر برق ، كاهش يابد .

    در زمستان سرد غير عادي سال ميلادي 1994 – 1993 ، تامين برق مورد تقاضاي مشتركين در واشنگتن D.C بسيار مشكل شد و به جاي اجراي خاموشي گردشي (دوره اي) ، مقدار تقاضا يا مصرف مشتركين به وسيله بستن ساختمانهاي دولتي در سردترين روزها كاهش داده شد .

    وقتي همه روشهاي ديگر براي كاهش بار با شكست مواجه مي شود بايستي بار الكتريكي عموم مردم به طور گردشي بر اساس زمان بندي واعلان قبلي كاهش يابد . كاهش بار به طور گردشي (نوبتي) باعث اعمال خاموشي در يك منطقه جغرافيايي معيني براي يك دوره زماني مشخص معمولا 30 تا 60 دقيقه مي شود .

2-1- توزيع انرژي الكتريكي :

1-2-1- اصول توزيع

    سيستم انتقال ، انرژي الكتريكي را تا نزديكي مراكز بار انتقال مي دهد و سپس ولتاژ به ولتاژ فوق توزيع و يا مستقيما به ولتاژ توزيع تبديل مي شود .

سيستم توزيع  شامل خطوط فوق توزيع است كه پست هاي توزيع را تغذيه مي نمايد تا ولتاژ را تا سطح ولتاژ فيدر توزيع كاهش دهد . فيدرهاي توزيع انرژي را به يك ترانسفورماتور (kv 4/0/ 20 )در محل مصرف عمومي و يا در مستغلات مشتري (مصرف اختصاصي) تحويل مي دهد و ولتاژ را تا سطح ولتاژ مصرف تبديل  مي كند .

شش قسمت اصلي يك سيستم توزيع :

1-   مدارهاي فوق توزيع :

    مدارهاي فوق توزيع ، نيرو را از پستهاي بزرگ انتقال به پستهاي توزيع منتقل مي كنند . ولتاژهاي فوق توزيع براي مثال عبارتند از kv 63 پايه ها و عايقبندي در اين ولتاژها به اندازه كافي كوچك هستند كه بتوان خطوط را در كنار جاده ها احداث نمود . بعضي از شركت ها خطوط فوق توزيع را قسمتي از سيستم انتقال مي دانند .

2- پست فوق توزيع :

ترانسفورماتور پست فوق توزيع ولتاژ فوق توزيع را به ولتاژ توزيع كاهش مي دهد .پست شامل :

• –     سوئيچگير مدار فوق توزيع
• –     ترانسفورماتور
• –     دستگاه تنظيم كننده ولتاژ (رگلاتور ولتاژ)
• –     باس يا شين ولتاژ توزيع
• –     چندين فيدر متصل به باس
• –     سوئيچ گير براي فيدر توزيع

بسياري از پست هاي فوق توزيع از يك اتاق كنترل مركزي (ديسپاچينگ توزيع) از راه دور كنترل مي شوند . اتاق كنترل مركزي به داده هاي پست نظير ولتاژ فيدر و مقدار بار دسترسي دارد . و مي تواند سوئيچ گير پست را قطع و وصل نمايد . نظارت عاليه و تحصيل داده ها (scada ) يك فن ارتباطات است كه به منظور كنترل ازراه دور يك پست استفاده مي شود .

2-   فيدرهاي اوليه (پرايمري) :

 فيدرهاي اوليه (فشارمتوسط) سه فاز كه از پست خارج مي شوند مي توانند زميني يا هوايي باشند . يك فيدر توزيع مي تواند شعاعي باشد و به صورت شاخه اي در يك خيابان يا جاده كشيده شود . فيدر توزيع مي تواند به صورت شبكه رينگ (حلقوي) نيز از دو جهت تغذيه شود و معمولا از يك كليد (سكسيونر) در نقطه باز حلقه بين فيدرها استفاده مي شود تا آنها را از يكديگرمجزا كند و يا مي توان بوسيله سوئيچ گير خودكار آنرا بسته يا رينگ نمود .

3-   ترانسفورماتور توزيع :

ترانسفورماتور توزيع كه مشتركين را تغذيه مي نمايد ولتاژ فيدر اوليه (پرايمري) را به ولتاژ مصرف كاهش مي دهد . اين ترانسفورماتور مي تواند با توجه به نوع سيستم توزيع ، بصورت هوايي بر روي يك كرسي فلزي يا سكوي بتوني يا در يك قسمت سقفدار (مانند اتاق يا كيوسك) نصب شود .

4-   سيستمهاي ثانويه :

يك سيستم ثانويه مي تواند شامل يك سرويس تكفاز باشد كه به وسيله يك ترانسفورماتور تغذيه مي شود تا يك شبكه باس ثانويه كه داراي چند فيدر است .

5-   اتصالات مشتركين :

كابل سرويس مشتركين مي تواند به صورت هوايي يا زميني تكفاز يا سه فاز مستقيما از ترانسفورماتور يا باس ثانويه تغذيه شود .مسئوليت شركت برق يا توزيع براي سرويس مشتركين معمولا تا كنتور مشترك است .

توضيح : منظور از سوئچ گير ، لوازم اتصال خط مانند كلمپ خط گرم و لوازم حفاظتي و مجزاكننده مانند انواع كليدها ، فيوزها و سكسيونرها فشار متوسط و قوي مي باشد .

2-2-1- طرح هاي سيستم توضيع :

يك سيستم توضيع را ميتوان به گونه اي طراحي كرد كه درجات مختلفي از تداوم سرويس دهي را داشته باشد سيستمي كه داراي درجه بالايي از تداوم سرويس دهي است گرانتر تمام مي شود و معمولا در شهر ها در نقاطي كه تراكم مشتريان زياد است احداث مي گردد .

3-2-1- سيستم شعاعي (راديال) :

طرح يك سيستم شعاعي بسيار شبيه به يك درخت است شاخه هاي تك فاز يا سه فاز يا انشعابات جانبي مشتركي را در طول مدار تغذيه مي نمايد هادي شا خه  اصلي بيشترين بار را حمل مي كند و هر چه شا خه هااز شاخه اصلي پيشتر ميروند كوچكتر ميگردند معمولا طول يك فيدر به وسيله ولتاژ و بار متصل شده محدود مي گردد.

4-2-1- مدار اوليه (پرايمري)حلقوي :

يك مدار حلقوي يا رينگ از پست توزيع شروع و در منطقه اي كه بايستي سرويس دهد يك حلقه مي سازد يعني منطقه را دور ميزند و به پست بر مي گردد.

اين حلقه شبيه به 2 مدار شعاعي است كه انتهاي انها به يكديگر بسته شده است وقتي اشكالي در خط پيش مي ايد مدغار اوليه حلقوي بيشتر مشتركين را به طور خود كار يا دستي تغذيه مي كند مدار شكن ها در حلقه نسب ميشوند تا قسمت معيوب حلقه به طور خود كار به وسيله باز شدن هر كدام از 2 مدار شكن از حلقه مجزا شود .

رله ها وضعيت اضا فه بار را حس مي كنند و موجب قطع مدار شكن ها در هر طرف محل خطا مي گردد و ان تكه را جدا مي نمايند . انشعابات جانبي حلقه يا رينگ معمولا شعاعي هستند عموما انشعاب زميني به صورت حلقوي است ولي يك كليد سكسيونر يا جمپر باز در حلقه وجود دارد كه موجب مي شود2 طرف حلقه به  صورت شعاعي تغذيه مي شود .

5-2-1- شبكه اوليه (پرايمري)

شبكه اوليه در مركز شهر كه داراي بار سنگيني مي باشند استفاده مي شود . شكل اوليه شبيه به مدار اوليه حلقوي مي باشد به استثناي اين كه ان حلقه از يك پست و يا يك فيدر از هر پست تغذيه مي شود.

6-2-1- سيستم هاي هوائي و زميني

يك سيستم توزيع ،هوائي يا زميني و يا تركيبي از هر دو است. سيستم هاي زميني بيشتر در مراكز شهري و سيستم هاي هوائي در روستا ها استفاده مي گردد.

مزاياي سيستم هوائي عبارتند از :

• – هادي سوئيچ گير و ترانسفورهاي مربئطه هزينه كمتري دارد.
• – عيب يابي و تعميرات سيستم ساده و سريع تر است.
• – هزينه بسيار كمتري براي ارتقاء سيستم هوائي موجود نياز است زيرانياز كمتري به حفاري خيابانها، فضاي سبز و سنگ جدول و غيره دارد.

مزاياي سيستم زميني نيرو عبارتند از:

• – در معرض طوفان ،درختان ،حوادث اتو مبيل، شكست مقره هاو آلودگي مقره ها نيست.
• – از نظر زيبايي بيشتر مورد قبول مردم است.
• – در مناطق حساس و پر ترافيك مانند اطراف فرودگاه ها ضرورت دارد.
• – از كابل هاي زيردريايي براي عبور درآب ها استفاده مي شود.
• – مردم كمتر در معرض شوك الكتريكي قرار مي گيرند.(ايمني بيشتري دارد)
• – معمولا دوام و عمر بيشتري دارد.

7-2-1- دو نوع سيستم زميني    

معمولا دو نوع سيستم زميني سيستم كانالو سوراخ تعميرات(سوراخ آدم رو)و ديگري سيستم دفن مستقيم وجود دارد.از سيستم كانال و سوراخ يا دريچه تعميرات در شهر ها استفاده مي گرددزيرا كندن بتون و سنگ فرش خيابان هادر مواقع حفاري به منظور تعمير يل ارتقاءسيستم زميني بسيار گران تمام مي شود.در اين سيستم كابل هاي زميني در كانال هاي بتوني و لوازم شبكه از قبيل ترانسفورماتورها و كليدهاي قطع ووصل در پايين از سطح زمين دئر پست قرار دارد.

سيستم دفن مستقيم بيشتر در بخش هاي كوچك مسكوني كه كابل در زير چمن يا خاك دفن شده استفاده مي گردد. معمولا از ماسه در اطراف كابل براي جلوگيري از وارد آمدن فشار بر روي آن استفاده مي شود. زيرا نقاط تحت فشار اغلب منبع خرابي كابل هستند.در سيستم دفن مستقيم نيز به هنگام عبور از عرض خيابان ها و جاده ها از كانال هاي مناسب نيز استفاده مي گرددو ترانسفورماتور و سوئيچ گير ها اغلب بر روي سكو هاي بتوني يا فلزي در سطح زمين نصب مي شوند.