آشنایی با شبکه های توزیع (قسمت دوم)

بررسی شبکه های توزیع

با توجه به مزیت های مهم انرژی الکتریکی بر سایر انرژی ها، به دلیل سادگی و راحتی توزیع و قابلیت انتقال برای مسافت های طولانی، امروزه پیش بینی می گردد که بیشترین مصرف انرژی در قرن آینده کماکان به صورت انرژی الکتریکی باشد و شبکه توزیع که عهده دار ارائه انرژی به مصرف کنندگان می باشد، به عنوان یکی از اجزای اصلی سیستم قدرت از اهمیت و ارزش قابل ملاحظه ای برخوردار می گردد.

در یک سیستم قدرت، به طور معمول نیمی از تلفات، متعلق به شبکه توزیع است و با افزایش تقاضای مصرف برق، شبکه های توزیع روبه گسترش نهاده است؛ سرمایه گذاری های سالیانه دراین زمینه، به میلیاردها دلار می رسد. عدم تأمین منابع مالی در این بخش، استراتژی نامناسب طراحی، بهره برداری و همچنین رواج فرهنگ استادکاری باعث شده تا شبکه های توزیع کشور، از وضعیت مطلوبی برخوردار نباشند. بنابراین وقتی هر دو عامل یعنی سرمایه گذاری کلان و تلفات در کنار یکدیگر قرار بگیرند، مشخص خواهد شد که اصلاح حتی قسمت کوچکی از روش های طراحی این سیستم، به تغییر اساسی در شرکت های توزیع برق خواهد انجامید. هدف از اصول طراحی شبکه های توزیع، ارائه طرحی است که تضمین کننده نیاز رو به رشد انرژی الکتریکی بوده به شکلی که از نظر تکنیکی و اقتصادی مورد قبول و عملی باشد. به این ترتیب، طراحی سیستم توزیع از یک سو به پارامترهای مربوط به رشد بار، توزیع مکانی نقاط مصرف و از سوی دیگر، به عوامل فنی مانند مقادیر خطوط و فیدرها، ظرفیت و محل پست های فوق توزیع، سطوح ولتاژ و قابلیت اطمینان مورد نظر و... را در نظر می گیرد. علاوه بر این، برای آن که طرح به صورت عملی قابل اجرا باشد، باید به جنبه های اقتصادی مانند هزینه های خرید و نصب تجهیزات، هزینه های تلفات سالیانه انرژی، نرخ بهره و مانند این ها توجه نمود. برای بررسی همه جانبه شبکه های توزیع که سرانجام به ارائه اصول و روش های مناسب در طراحی آن ها منجر می شود لازم است که ساختار این شبکه درکل سیستم قدرت مشخص گردد.

مدارها و پست های فوق توزیع

قدرت متوسط خطوط فوق توزیع (انتقال) از منابع تولید به پست های فوق توزیع منتقل می شود. مدارهای فوق توزیع، ممکن است به صورت مدارهای ساده شعاعی، حلقوی یا یک شبکه به هم پیوسته (رینگ) باشند که در نهایت، به پست فوق توزیع ختم می شود. به طور معمول، هر پست فوق توزیع (HV/MV) ناحیه بار خود را که بخشی از ناحیه سرویس دهی سیستم توزیع است، تغذیه می کند و در آن، ولتاژ فوق توزیع به منظور توزیع در سراسر ناحیه به ولتاژ فشار متوسط کاهش می یابد.

نقاط ورودی در سیستم های توزیع تزریق انرژی، به صورت شاخه های تغذیه می باشد، که درشبکه های توزیع به اصطلاح «فیدر» نامیده می شوند. این فیدرها بر اساس توپولوژی شبکه تعریف می شوند و مورد نظر هر شبکه طراحی بوده، ساختار سیستم توزیع را تشکیل می دهند. فیدرها می توانند به صورت خطوط هوایی یا شبکه کابل زمینی بوده به شکل ولتاژ فشار متوسط یا درسطح ولتاژ فشار ضعیف به کار بروند. درطراحی سیستم های توزیع، باید سه گزینه زیر از قبل تعیین و مورد توجه قرار گیرند :

• ساختار سیستم توزیع : شعاعی، حلقوی (رینگی)، تغذیه از دو سو (تبدیلی) و شبکه های غرابلی
• سطح ولتاژ توزیع برق : به صورت فشار متوسط (طرف اولیه) و یا فشارضعیف (طرف ثانویه). شکل 4 دیاگرام شماتیک سیستم های توزیع را نشان می دهد
• نوع ساختمان شبکه : شبکه های هوایی، سیستم زیرزمینی

ساختار فیدرهای سیستم توزیع

به طور اساسی فیدرهای شعاعی یک سیستم توزیع، به دلیل عدم تداوم سرویس دهی سوال برانگیز بوده و بروز یک خطا روی هر یک از این فیدرها، به خاموشی تعدادی از مصرف کنندگان می انجامد. هنگام استفاده از این آرایش، توقف در سرویس دهی به صورت اجتناب ناپذیری وجود دارد. بنابراین استفاده از شبکه های حلقوی و یارینگی مورد توجه قرار می گیرد. به عنوان تعریف : شبکه رینگی به مداری گفته می شود که از یک شینه آغاز شده پس از متصل کردن چند شینه به یکدیگر، به همان نقطه شروع باز گردد.

به عبارت دیگر، رینگ، حلقه ای است که می تواند بیش از یک پست را تغذیه کرده و بیشتر از یک نقطه، قابل تغذیه باشد. مزیت اصلی شبکه رینگ قابلیت اطمینان مناسب و امکان گسترش آسان آن است، اما تعداد دیژنگتورها وکلیدهای مورد نیاز زیاد و رله گذاری مشکل و پر خرج می شود. پس در شبکه های فعلی توزیع برق، برای استفاده از قسمتی از قابلیت های شبکه های حلقوی و به دلیل مشکلات جایگزینی و تجهیزات ذکر شده از سیستم حلقه باز یا شبکه با قابلیت تغذیه از دو سو در بین دو شینه یا پست توزیع استفاده می نمایند.

بر طراحی فیدرهای اولیه، عوامل مهم بسیاری اثر می گذارند که مهمترین آن ها عبارتند از : چگالی و رشد بار، نیاز به ایجاد ظرفیت خالی برای بهره برداری در حالت اضطراری، ساختار مدار مورد استفاده طرح، ظرفیت پست فوق توزیع مربوط به آن، تلفات، سطح ولتاژ و نیز سایر استانداردهای سرویس دهی. در برخی از موارد، افت ولتاژ نقش مهمی در طراحی فیدرهای اولیه به عهده دارند. افت ولتاژ کل باید در طول فیدر اولیه، پست های توزیع، مدارهای ثانویه واتصالات سرویس مصرف کننده، به گونه ای مناسب تقسیم شود؛ البته این تقسیم بندی به نوع ساختار مدار اولیه و ثانویه، و ترانسفورماتور به کار رفته نیز بستگی دارد.

سطوح ولتاژ شبکه های توزیع

شبکه های فشار متوسط عمومی در ایران، با ولتاژ 11، 20 و 33 کیلو واتی کار می کنند که در این میان، ولتاژ20 کیلو ولت رایج ترین آن ها است و امروزه نیز، ایجاد و توسعه شبکه های فشار متوسط به طور اساسی با ولتاژ 20 کیلو ولت صورت می گیرد. در برخی از شهرها نیز که از قدیم ولتاژ 11 کیلو ولتی معمول بوده است، رفته رفته جای خود را به 20 کیلو ولت داده اند. ولتاژ 33 کیلو ولتی فقط در خوزستان رایج است و در ابتدا به عنوان ولتاژ فوق توزیع به کار رفته می رفت. بدین معنی که از طریق خطوط 33 کیلو ولتی و ایستگاه های تبدیل11/33 کیلو ولتی ولتاژ توزیع 11 کیلو ولتی تامین و برق به مراکز مصرف رسانده می شد و سپس با تبدیل 11 کیلو ولت به 400 ولت به مصرف می رسید. اما امروزه گرایش به تبدیل مستقیم ولتاژ از 33 کیلو ولت به 400 ولت بیشتر است و ایستگاه های مبدل 400/33000 ولتی به یکباره کار توزیع انرژی در سطح فشار متوسط را انجام می دهند. در حال حاضر، هر دو حالت یاد شده در شبکه خوزستان وجود دارد. از طرفی در آینده در شهرهای بزرگی همچون تهران، ولتاژ فوق توزیع 63 کیلو ولتی نیز جز سطوح ولتاژ فشار متوسط در طرف ولتاژ اولیه شبکه های توزیع قرار خواهد گرفت.

لازم به توضیح است که براساس تعریف جدید استاندارد بین المللی، سطح ولتاژ فشار متوسط (M.V.)، طیف ولتاژ در بازده 3 الی 75 کیلو ولت را شامل می شود. به عنوان مثال، در بیشتر پالایشگاه ها و صنایع پتروشیمی و همچنین صنایع سیمان و خودروسازی، پست هایی با سطح ولتاژ 3/3 و 6 کیلو ولت، به عنوان شبکه اولیه وجود دارد که مقدار این ولتاژها در شبکه های توزیع مجاز نمی باشد. جدول (1) سری ولتاژهای استانداردهای شده طبق IEC را نشان می دهد.

* این مقادیر نباید برای سیستم های توزیع برق عمومی به کار برده شوند.

** این سیستم ها به طور معمول سه سیمه هستند و مقادیر ولتاژهای مابین فازها را نشان می دهند.

*** در یک سیستم طبیعی تغییرات حداکثر و حداقل نباید بیشتر از محدوده 10%± باشد.

شبکه های فشار ضعیف و به دنبال آن اتصالات مربوط به سرویس مصرف کننده، آخرین بخش از شبکه های توزیع را تشکیل می دهند یعنی به طور مستقیم با مصرف کنندگان در ارتباط هستند. این مدارها، از نظر چگونگی سرویس دهی با فیدرهای اولیه یکسانند. شبکه فشار ضعیف به طور کلی، به همراه ترانسفورماتورهای توزیع در یک حوزه قرار می گیرد که میان آن ها، ارتباط تنگاتنگی برقرار است. درمناطق شهری با چگالی بار سنگین، به طور معمول شبکه فشار ضعیف فقط از طریق کابل های زمینی عبور داده می شوند، بنابراین امکان به هم پیوستگی شبکه فشار ضعیف، با هزینه مناسبی فراهم می آیند. از این رو در گذشته، در این مناطق، از شبکه شعاعی استفاده می شد، اما اکنون شبکه های به هم پیوسته مناسب تر به نظر می رسد.

اگرچه شبکه فشارمتوسط (طرف اولیه) و فشار ضعیف (طرف ثانویه) با یکدیگر تفاوت های آشکاری دارند، با این حال، مبانی مشترکی به ویژه در طراحی آن ها حاکم است و این مطلب درباره پست ها نیز صدق می کند.

پایان قسمت دوم

لینک سایر قسمت ها

• آشنایی با شبکه های توزیع (قسمت اول)
• آشنایی با شبکه های توزیع (قسمت دوم)
• آشنایی با شبکه های توزیع (قسمت سوم)
• آشنایی با شبکه های توزیع (قسمت چهارم)
• آشنایی با شبکه های توزیع (قسمت آخر)