banner9
صفحه اصليدرباره سايتمهندسي ارزشنظام مهندسيتماس با ما                                     «به سایت WWW. KBC. IR ، سایت تخصصی مهندسی برق ایران خوش آمدید.»

 

                شبكه هاي توزيع

 

   به همان اندازه كه سلولهاي اندام يك موجود زنده نياز به خون دارد، اندام جوامع صنعتي نيز محتاج به جريان الكتريكي ميباشند. امروزه، زندگي بدون شبكه وسيع انرژي الكتريكي كه با انشعابات زياد مجتمع هاي بزرگ و كوچك صنعتي، مسكوني و غيره را تغذيه مي نمايند، قابل تصور نيست. با نگاهي اجمالي به جداول افزايش تعداد مشتركين (مصرف كننده‌هايِ) وزارت نيرو و افزايش ظرفيت توليدي انرژي الكتريكي در مي يابيم كه جامعه ما نيز از بيان فوق الذكر مستثني نيست.

_ ظرفيت توليدي

انرژي الكتريكي در مقايسه با ساير انرژي‌ها از ويژگي هاي خاصي برخوردار است و همين محاسن است كه ارزش و اهميت و كاربرد آنرا فوق العاده روز افزون ساخته است. بعنوان نمونه مي توان خصوصيات زير را نام برد:

1-    هيچ گونه محدوديتي از نظر مقدار در انتقال و توزيع اين انرژي وجود ندارد.

2-    عمل انتقال اين انرژي براي فواصل زياد بسهولت امكان پذير است.

3-    تلفات اين انرژي در طول خطوط انتقال و توزيع، كم وداراي راندمان نسبتا" بالايي است.

4-    كنترل، تبديل و تغيير اين انرژي بساير انرژي ها به آساني انجام پذير است.

 _ بطور كلي هر سيستم انرژي الكتريكي داراي سه قسمت اصلي مي باشد:

1-    مركز توليد(نيروگاه)

2-    خطوط و پستهاي انتقال

3-    شبكه‌هاي توزيع 

معمولاً نيروگاهها با توجه به جوانب ايمني و اقتصادي و بخصوص با توجه به نوع آنها (آبي، بخاري، گازي) در مسافتي دور از مصرف كننده ها ساخته مي شوند. وظيفه خطوط انتقال نيرو با تجهيزات مختلف اين است كه انرژي توليد شده را به شبكه هاي توزيع منتقل نمايند.

فرآيند انتقال نيروي برق با فشار الكتريكي كم امكان پذير نبوده و جهت انتقال آن از فشار الكتريكي زياد استفاده مي شود. سپس در نزديكي محل مصرف، به فشار الكتريكي كم تبديل شده و توزيع خواهد شد. گرچه براي مصرف كنندگان عمده، امكان تغذيه با فشار كم وجود دارد، ولي در اين گونه موارد بهتر است كه مستقيماً از انشعاب فشار قوي (زياد) استفاده نمود.

خلاصه اينكه در مجتمعهاي بزرگ صنعتي و يا در هر شهري حداقل يك شبكه فشار قوي بايستي وجود داشته باشد تا در نقاط مختلف، شبكه‌هاي فشار ضعيف (شبكه هاي توزيع) را تغذيه نمايد و انتخاب اين فشار (ولتاژ) تابع بزرگي محل و بار شبكه خواهد بود. براي اينكه بتوان سيستمهاي مختلف انتقال و توزيع نيروي برق را به سهولت به يكديگر مرتبط نمود، از فشارهاي استاندارد شده‌اي استفاده ميشود كه عبارتند از:

فشار ضعيف(400 و 230 ولت)، فشار متوسط(بيشتر از 400 ولت و كمتر يا مساوي 33 كيلوولت)، فشار قوي (فوق توزيع) (63 و 132 كيلوولت)، فشار خيلي قوي(انتقال) (230 و 400 كيلوولت)

در ايران جهت تغذيه مصرف كننده ها عموماً از جريان متناوب سه فازة فشار ضعيف 220/380 ولت ،تامين شده در پستهاي فشار متوسط، استفاده ميشود. همچنين جهت تغذيه پستهاي فشار متوسط (عموما" 20 كيلوولت) از شبكه هاي فشار قوي (63 ويا 132 كيلوولت) استفاده ميشود. از فشار خيلي قوي جهت ارتباط نيروگاه‌ها به هم و انتقال انرژي استفاده مي گردد.

نقش شبكه توزيع (فشار ضعيف و فشار متوسط) را از نظر حجم، وسعت، ارزش و اهميت ميتوان به مويرگهاي بدن تشبيه نمود كه آخرين و مهمترين وظيفه يعني تغذيه مصرف كننده‌ها را عهده‌دار ميباشد. لذا تأمين انرژي مورد نياز در بخشهاي مختلف صنعتي، كشاورزي، تجاري، مسكوني و عمومي داراي شرايط و خصوصيات معيني مي باشد. اين شرايط كه مي بايست در شبكه توزيع مورد توجه قرار گيرد، عبارت است از:

1-   شركتهاي برق موظفند جهت تأمين انرژي الكتريكي مورد نياز مشتركين (بعنوان مصرف كننده) ،بطور دائم و در طول شبانه روز، آن مقدار قدرتي را كه مشترك درخواست نموده و مورد توافق قرار گرفته در اختيارش قرار دهند. بنابراين در انتخاب ميزان قدرت، نوع شبكه، سيم كشي و اجراي عمليات آن بايستي دقت زيادي شود.

2-   وضعيت شبكه‌ جهت تأمين انرژي مصرف كننده‌ها بايد به گونه اي باشد كه به هنگام  خرابي در بخشي از شبكه، در تغذيه مصرف كننده‌ها وقفه‌اي حاصل نشود.

3-   در توزيع انرژي الكتريكي، بايستي عيب يابي سريع ناشي از عايق بندي (ايزولاسيون) مورد توجه قرار گيرد. شبكه ها بايد بگونه اي باشند كه به سرعت بتوان معايب ناشي از عايق بندي و پاره‌گي خطوط و ساير معايب را پيدا كرده و برطرف نمود.

4-   انتخاب شبكه اي كه مناسب ترين و ارزانترين روش توزيع انرژي (با برقراري شرايط بالا) را در بر داشته باشد.

عدم رعايت موارد فوق باعث مي شود اشكالات زيادي در شبكه‌هاي توزيع بوجود آيد، از قبيل: افت ولتاژ‌هاي فوق العاده زيادتر از حد مجاز، افزايش تلفات انرژي، اضافه بار روي ترانسفورماتورها و حتي خاموشيهاي طولاني در سطوح وسيع.

_ انواع شكبه‌هاي توزيع الكتريكي

هرگاه با استفاده از سم كشي، چندين مصرف كننده (يا چند دسته از آنها) از جريان برق استفاده كنند، سيم كشي را شبكه مي نامند.

عملي ساختن كليه شرايط فوق الذكر، بطور كامل، در يك شبكه تا حد زيادي مشكل ميباشد. حتي بعضي از موارد فوق مغاير هم هستند. براي رعايت موارد فوق، متناسب با نوع و محل نيرورساني، مي بايست يكي از انواع شبكه‌هاي زير يا تركيبي از آنها را انتخاب نمود (شبكه ها داراي انواع مختلفي بوده  كه هر كدام مزايا و معايبي نسبت به يكديگر دارند).

الف_ شبكه هاي باز (شعاعي)

اين نوع شبكه از يك سمت تغذيه مي شود. در چنين شبكه‌اي يك يا  چند هادي از منبع جريان به تابلو اصلي كشيده مي شوند. در شبكه باز ممكن است هر مصرف كننده مستقيماً از تابلو اصلي تغذيه شود. در اين حالت ضريب اطمينان شبكه خوب است. زيرا در صورت وقوع اتصالي در يكي از انشعابات، فقط يك مصرف كننده بي برق مي شود. اين شبكه براي تغذيه مصرف كننده‌هاي بزرگ نصب شده و در كارخانجات و تأسيسات صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرد.

در نوع ديگري از اين شبكه، چندين مصرف كننده به وسيله يك خط انشعابي، از تابلو اصلي تغذيه مي شوند. بديهي است در اين حالت به محض پديد آمدن اتصالي و يا نقصي در خط انشعاب، كليه مصرف كننده‌هايي كه از آن خط تغذيه ميشوند، بي برق خواهند شد. اين چنين شبكه اي در مصارف خانگي (خصوصاً روشنايي) مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين حالت هرگاه فاصله هر يك از خطوط انشعاب از تابلو اصلي نسبتاً طولاني باشد، مي توان سطح مقطع خطوط را با كم شدن تعداد مصرف كننده هاي آن، كوچك و كوچكتر انتخاب نمود. يكي ديگر از موارد كاربرد شبكه‌هاي باز، توزيع انرژي الكتريكي نواحي مختلف شهرها و روستاها مي باشد. در چنين حالتي اگر خط توزيع فشار ضعيف، هوايي باشد بايستي بر روي هر تيري كه انشعاب از آن گرفته ميشود، فيوزها را نصب نمود. و اگر خط توزيع فشار ضعيف، زميني باشد، لازم است در ابتداي هر انشعابي كه از زمين بيرون مي آيد و در دسترس قرار مي گيرد، فيوزها را در محفظه بسته‌اي قرار داد.

ب_ شبكه هاي از دو سو تغذيه

اين نوع شبكه در محلهايي كه قطع اتفاقي جريان برق مجاز نمي باشد، مورد استفاده قرار مي گيرد. براي بالا بردن ضريب اطمينان كار شبكه‌هاي الكتريكي بهتر است كه شبكه‌ها از دو پست مختلف تغذيه شوند. در اين صورت با از كار افتادن يكي از دو خط تغذيه كننده، انرژي مورد مصرف كننده ها ميتواند از سوي ديگر تأمين گردد.

عملكرد شبكه هاي حلقه‌اي مانند عملكرد شبكه‌هاي از دو سو تغذيه مي باشند با اين تفاوت كه در يك شبكه حلقه‌اي ابتدا و انتهاي خط به يك منبع تغذيه متصل است.

چنين شبكه‌اي بيشتر براي تغذيه مصرف با تراكم بالا بكار مي رود. حفاظت شبكه‌هاي از دو سو تغذيه  و شبكه‌هاي حلقه‌اي احتياج به وسائل حفاظتي حساس و دقيقي مانند رله جريان زياد جهت دار دارد. با اجراي صحيح سيستم حفاظت شبكه‌هاي از دو سو تغذيه و شبكه‌هاي حلقه اي ،بهنگام پديد آمدن اتصال كوتاه در يكي از خطوط، كليه پستها بدون هيچگونه اشكالي بكار خود ادامه خواهند داد.

_ شبكه و هاديهاي آن

ارتباط مولدها و مصرف كننده ها فقط از طريق اجسام هادي (فلزات) امكان پذير مي باشد. بين فلزاتي كه بعنوان هادي انتخاب مي شوند، مس از همه آنها بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد، زيرا كه:

1-   بعد از طلاي سفيد و نقره (كه بندرت يافت مي شوند) مس بهترين هادي جريان الكتريكي  مي باشد(مقاومت ويژه الكتريكي آن كم است).

2-    فراوانتر و ارزانتر است.

3-    استحكام مكانيكي خوبي دارد.

4-    به راحتي انعطاف پذير است. لذا با خم و راست شدن در مسير اجرا، نمي شكند.

5-    در برابر تأثيرات جوي (مثل رطوبت) پايدار است و اكسيده نميشود.

بعد از مس، آلومينيوم بعنوان هادي الكتريكي در شبكه‌ها بكار مي رود. گرچه ضريب هدايت آن كمتر از مس است، ولي وزنش كمتر است. براي آنكه هادي آلومينيومي از نظر هدايت الكتريك معادل هادي مسي گردد، بايد مقطع آنرا 6/1 برابر مقطع هادي مسي انتخاب نمود كه باز هم در اين صورت، وزن آن فقط نصف وزن هادي مسي خواهد شد. سيم آلومينيومي بخاطر سبك بودنش بيشتر در سيم كشي هوايي بكار ميرود و در كابل كشي، هادي مسي به دليل بالا بودن قابليت انعطاف پذيري، بيشتر از هادي آلومينيومي مورد استفاده قرار مي گيرد.

استحكام مكانيكي هادي آلومينيومي به مراتب كمتر از هادي مسي است. براي افزايش استحكام مكانيكي هادي آلومينيومي (خصوصاً در خطوط هوائي ) عموماً آنرا بصورت آلياژ بكار مي برند. راه ديگر افزايش استحكام مكانيكي هادي آلومينيومي، استفاده آن بصورت آلومينيوم فولاد مي باشد كه در وسط آن يك يا چند رشته سيم فولادي (steel) قرار مي دهند.

براي بالا بردن قابليت انعطاف پذيري هاديها (آلومينيوم و مس) در مقاطع بزرگ، آنها را بصورت چند رشته‌اي مي سازند. جهت چرخش هر لايه در هاديهاي چند رشته اي بر خلاف لايه‌هاي مجاور مي باشد تا از باز شدن رشته ها جلوگيري شود.

رطوبت بر هادي آلومينيومي به مراتب بيشتر از هادي مسي است. بطوري كه در هواي مرطوب به سرعت اكسيده مي شود. لذا اتصالات الكتريكي با هادي آلومينيومي، بايد با دقت فراوان همراه باشد  خصوصاً چنانچه اتصال آلومينيوم با مس باشد. در اين صورت در اثر تاثير رطوبت يك پيل برق با مدار بسته اي بوجود خواهد آمد كه قطب مثبت آنرا مس و قطب منفي آنرا آلومينيوم ميسازد. در اين وضعيت پس از مدتي در نتيجه عبور جريان، هادي آلومينيومي خورده مي شود. گرچه براي رفع اين اشكال معمولاً سيم آلومينيومي را قبل از وصل كردن صيقلي كرده و روي آن را روغن مالي مي كنند، وليكن بهتر است در اينگونه موارد از كلمپ ‌هاي مخصوصي كه براي اتصال قسمت آلومينيومي به قسمت مسي درست شده اند، استفاده نمود (كلمپ‌هاي بي متال).

_ نحوه انتقال و توزيع انرژي الكتريكي

يك از مزيتهاي مهم انرژي الكتريكي بر ساير انرژي ها سادگي قابليت انتقال و توزيع آن براي مسافتهاي طولاني مي باشد. تحقق بخشيدن به چنين امري نياز به وسائلي دارد تا به كمك آنها بتوان انرژي الكتريكي را از يك محل به محل ديگر انتقال داد و يا در يك حوزه وسيع توزيع نمود، بدون آنكه هيچگونه خطري شبكه و عوامل جانبي آنرا تهديد نمايد. وسائلي را كه ميتوان براي تحقق امر فوق از آنها استفاده نمود دو نوع هستند:

1-    سيم‌هاي هوايي با متعلقات مربوطه

2-    كابلهاي زميني با متعلقات مربوطه

انتخاب يكي از دو وسيله فوق به عوامل متعددي بستگي دارد كه پس از جمع بندي آن عوامل يكي از آنها جهت انتقال و توزيع انرژي برق انتخاب ميشود. تعدادي از اين عوامل عبارتند از:

 

1- مسير خط

مسير انتقال انرژي يكي از عوامل مهمي است كه در انتخاب نوع خط (زميني يا هوايي) دخالت مي كند:

الف- طول مسير: اگر فاصله از پست (يا مركز توليد ) تا محل مصرف كم باشد، كابل زميني به سيم كشي هوايي ارجعيت دارد خصوصاً در مواردي كه اين طول كم با پيچ و خم هاي متوالي همراه باشد. ولي اگر فاصله زياد باشد و خط، فشار قوي باشد، از سيم كشي هوايي استفاده مي شود.

ب-  نوع مسير: در بعضي از نقاط به اجبار از كابل زميني استفاده مي شود. مانند حريم باند فردوگاه.  در بعضي از نقاط ديگر به اجبار از شبكه هوايي استفاده مي شود مانند حريم عرضي راه آهن.

ج-  محدوديت عرضي مسير: در بسياري از موارد بعلت كم بودن عرض مسير و در نتيجه بعلت عدم تأمين حريم خطوط هوايي، كابل كشي زميني جايگزين سيم كشي هوايي خواهد شد خصوصاً در مورد خطوط 400 ولتي و 20 كيلوولتي در داخل شهرها و مجتمع هاي صنعتي، اين وضعيت كاربرد زيادي دارد.

2- ولتاژ خط انتقال

هر چه ولتاژ خطوط انتقال ( يا خطوط ارتباطي پستها) قوي تر باشد، سيم كشي هوايي به كابل كشي زميني ارجعيت دارد. عموماً شبكه‌هاي فشار ضعيف را (با توجه بساير عوامل) از كابلهاي زميني ميسازند. در شبكه 20 كيلوولت نيز، زياد كابل كشي زميني اجرا مي گردد ولي براي خطوط 63  كيلوولت به بالا كابل كشي زميني هزينه بالايي دارد.

3- تراكم جمعيت:

اگر در محل توزيع و مصرف، تراكم جمعيت زياد باشد و ميزان بار در هر كيلومتر مربع از هزار كيلووات به بالا باشد، كابل كشي زميني به سيم كشي هوايي برتري دارد. درمورد خيابان‌هايي كه ساختمان هايش بهم چسبيده و از دو طبقه به بالا هستند، بايد  شبكه ها از طريق كابل كشي زميني اجرا و بهره‌برداري گردد.

4-عامل اقتصادي

طرحي مورد قبول و مناسب است كه هم به لحاظ فني از شرايط نسبتاً خوبي برخوردار بوده و هم از نظر اقتصادي به بودجه و تأمين اعتبار كمتري نيازمند باشد. در اين مورد سيم هوايي به كابل زميني برتري دارد. هر اندازه ولتاژ خط بالاتر باشد، اين افزايش قيمت چشمگيرتر است حدوداً ميتوان گفت كه در شبكه هاي فشار ضعيف 400 ولتي هزينه شبكه زميني دو برابر هزينه شبكه هوايي مي باشد ولي اين نسبت افزايش در شبكه‌هاي 63 كيلوولت و 230 كيلوولت بترتيب (7) و (11) برابر مي شود.

5- زيبائي محيط

اگر خطوط توزيع سبب بهم زدن آرايش طبيعي محيط گرديده و مي خواهيم ضمن حفظ زيبايي محيط، انرژي الكتريكي را نيز توزيع كرده باشيم، كابل كشي زميني را انتخاب مي كنيم. مثلاً در شهرها بمنظور حفظ زيبايي خيابانها معمولاً از شبكه‌هاي زميني استفاده مي شود. علاوه بر عوامل فوق، عوامل متعدد ديگري نيز وجود دارند كه باعث ارجعيت كابل زميني به سيم هوايي و سيم هوايي به كابل زميني گردد. از جمله اين عوامل مي توان به : شرايط جوي، قابليت اطمينان، عيب يابي سريع به هنگام اتصالي و پاره‌گي خطوط اشاره نمود.

البته كابل كشي زميني داراي مزاياي منحصر بفرد است. بعلت دفن بودن در زير خاك از خطراتي مانند طوفان و يخ زدگي و رعد و برق در امان است. از اينرو قطع جريان كمتر پيش مي آيد. اما اگر كابل صدمه ببيند تعمير و تعويض آن مستلزم وقت و هزينه زيادي است. همين اشكال در مورد انشعاب گيري بوجود مي آيد به گونه اي كه گرفتن انشعاب از خطوط هوايي بدون زحمت، با مخارج كمتر و سرعت بالاتري انجام مي پذيرد.

 

(منبع: كتاب سيستم توزيع انرژي – محمد قرباني)

برو به بالاي صفحه