theme wordpress
خطوط انتقال و توزیع

سیستم های توزیع برق اولیه و ثانویه

سیستم های توزیع برق اولیه و ثانویه (طرح کلی و پیکربندی توضیح داده شده است)

سیستم های توزیع اولیه

سیستم های توزیع اولیه شامل خطوط انتقالی هستند که برق  را از پست های توزیع به ترانسفورماتورهای توزیع تحویل می دهند . یک خط انتقال برق معمولا ً با یک سوییچ (کلید) تغذیه کننده در پست توزیع آغاز می شود . بسیاری از خطوط انتقال، پست را از طریق یک لوله ی بتونی در زمین ترک می کنند و به یک تیر برق می رسند.

نکته: منظور از خط انتقال همان فیدر می باشد و در طول متن یا از عنوام خط انتقال و یا فیدر استفاده شده است

در این نقطه ، کابل های زیر زمینی ۳ فاز به کابل های ۳ فاز روی زمین و متصل به تیر برق تبدیل می شوند . تیر برق اصلی در اطراف محله مورد نظر توزیع شده  و ممکن است به خطوط انتقال دیگر نیز متصل شود . امکان اجرای سیستم توزیع زیر زمینی نیز ممکن است ، اما هزینه بسیار بیشتری از هزینه انتقال برق از روی زمین دارد.

از کلمپ ها  یا ترمینال های موجود روی تیر برق اصلی برای توزیع برق در  یک منطقه مسکونی یا صنعتی  استفاده می شود  . این کلمپ ها  معمولا ً یک فاز هستند ، اما ممکن است دو فاز یا سه فاز نیز باشند.

انشعابات برق می توانند مستقیما ً به تیر برق اصلی متصل شوند ، اما معمولا ً توسط ابزارهای محافظ مانند فیوزها ، ریکلوزرها (recloser) و یا سکشنلایزرها (Sectionalizer) اتوماتیک محافظت می شوند .

مقالات مرتبط :

حفاظت از خطوط هوایی – خطاها و رله های حفاظتی

حفاظت کابل ها

حفاظت ترانسفورماتور قدرت و خطاهای آن

طرح های پایلوت برای حفاظت خطوط انتقال برق

Recloser:

در سیستم توزیع reclosers  یک نوع از کلید های برق هستند که برای استفاده در شبکه های توزیع برق هوایی جهت تشخیص و قطع کردن خطاهای گذرا طراحی شده اند . .(به این صورت عمل می کند که اگر خطایی در خط توزیع وجود داشت بعد از چند سیکل دوباره برق را وصل می کند تا بررسی کند که آیا خطا رفع شده یا نه و بعد از چند بار سعی و تلاش اگر خطا رفع نشد برق کل فیدر قطع می شود. در اکثر اوقات خطاها گذرا هستند و با چند بار قطع و وصل خطا رفع می شود)

Sectionalizers:

یک نوع کلید حفاظتی است و شامل یک قطع کننده ی مدار است که با ارتباط با یک دستگاه حفاظتی در منبع توان مانند ریکلوزر یا بریکر (قطع کننده مدار) استفاده می شود تا به صورت اتوماتیک بخش الکتریکی دارای خطا را از سیستم توزیع جدا کند. توان لازم برای عمل کردن سیستم کنترلی و مکانیزم آن از طریق ترانسفورمرهای جریان (CT) روی خط تامین می شود.  به توان کمکی یا اتصال جانبی و یا تجهیز جانبی برای عملکرد سکشنالایزر نیاز نیست

سیستم توزیع هوایی معمولا از یک ترانسفورماتور هوایی روی تیر برق برای تامین برق مشتریان استفاده می کند و در سیستم توزیع زیر زمینی از ترانسفورماتورها به صورت نصب شده روی زمین (padmounted transformer) استفاده می شود . مسیرهای خط های انتقال برق باید از نزدیکی هر مشتری که برق نیاز دارد عبور کند . برای انجام این کار ، هر پست برق  فرعی از خطوط انتقال چندگانه استفاده می کند تا یک محله یا حوزه اختصاص داده شده را پوشش دهد .

یک فیدر نشان دهنده انواع انشعابات مختلف و تجهیزات توزیع برق .

شکل ۱ - یک فیدر توزیع اولیه ، اجزای اصلی و ویژگی های اصلی را نشان می دهد.
شکل ۱ – یک فیدر توزیع اولیه ، اجزای اصلی و ویژگی های اصلی را نشان می دهد.

ساده ترین سیستم توزیع اولیه شامل فیدر های  مستقل است که هر مشتری به یک فیدر واحد متصل شده  است . از آنجایی که هیچ ارتباط داخلی در این حالت در فیدر وجود ندارد ، یک خطا تمام مشتریان پایین دست را قطع می کند تا زمانی که تعمیر آن خطا رفع می گردد .

«این پیکربندی یک سیستم شعاعی (radial system ) نامیده می شود و برای مناطق روستایی با تراکم پایین متداول است که در آن سیستم های پیچیده تر هزینه ی بالاتری دارند .»

یک پیکربندی دیگری که بیشتر رایج است ، دو فیدر  را در انتهای خط را با یک کلید نرمالی اوپن (NO) به هم متصل می کند . این حلقه قابلیت اطمینان را برای مشتریان پایین دست  با باز کردن سوییچ بالادست و بستن کلید،  افزایش می دهد. تنها مشتریانی که در قسمت خطا هستند نمی توانند تا زمان رفع عیب برق داشه باشند ولی بقیه مشتریان به خاطر وجود کلید در انتهای دو فیدر می توانند برق را دریافت کنند

بسیاری از سیستم های توزیع چندین کلید بین فیدر های چندگانه  برای به هم مصل کردن خط های توزیع دارند . قابلیت اطمینان، مشابه یک حلقه اولیه گفته شده در بالا است ولی  انعطاف پذیری سوییچینگ بیشتر است .

این سیستم های توزیع اولیه در چندین نقطه به هم متصل می شوند که به عنوان شبکه های شعاعی عمل می کنند .

برخی از مشتریان خاص به قابلیت اطمینان بالاتری نسبت به یک فیدر واحد نیاز دارند .

سرویس انتخابی اولیه (Primary selective service) هر مشتری را به یک فیدر ترجیحی(اصلی) و یک فیدر جایگزین اتصال می دهد. اگر فیدر ترجیحی(اصلی) بدون برق شود، یک سوییچ انتقال ، فیدر ترجیحی را قطع کرده و فیدر جایگزین را متصل می کند .

سرویس انتخابی ثانویه (Secondary selective service) با استفاده از سوییچ ها در ولتاژهای ثانویه به جای ولتاژهای اولیه به نتایج مشابهی دست می یابد . با استفاده از سرویس انتخابی ثانویه ، هر ترانسفورماتور توزیع باید قادر به تامین کل بار فیدر را داشته باشد تا تا از حداکثر قابلیت اطمینان سیستم استفاده کرد

.

شبکه های نقطه ای(Spot Networks)

برای مشتریانی که نیاز  به بالاترین قابلیت اطمینان هستند استفاده می شود . این پیکربندی دو یا چند ترانسفورماتور را بهم متصل می کند ( از حداقل دو خط انتقال برق تغذیه می شوند ) به موازات برق دار کردن باس ثانویه . برای جلوگیری از جریان برق معکوس از درون ترانسفورماتورها ، از رله های حفاظتی ویژه ای که به توان معکوس حساس هستند استفاده می شود (Reverse Relay power). حتی در صورت عیب در چندین تجهیز شبکه، شبکه های نقطه ای این اجازه را می دهند که بدون هیچ وقفه ای مشتریان برق داشته باشند.

شبکه های نقطه ای در مناطق تجاری مرکزی و مناطق با تراکم بالا رایج هستند و اغلب در مناطق دورافتاده برای رساندن برق به مراکز تجاری بزرگ به کار گرفته می شوند که در آنها چندین خط انتقال برق  جداگانه برای تامین برق دسترس است .

برخی از پیکربندی های سیستم توزیع اولیه در شکل ۲ نشان داده شده اند .

شکل 2 - سیستم توزیع اولیه معمول
شکل 2 – سیستم توزیع اولیه معمول

سیستم های توزیع ثانویه

شبکه ولتاژ پایین یا شبکه ثانویه بخشی از شبکه ی توزیع توان است که انرژی الکتریکی را از ترانسفورماتورهای توزیع به کنتورهای هوشمند مشترکان برق انتقال می دهد .

شبکه های ثانویه در سطح ولتاژ پایین هستند که معمولا ً برابر با ولتاژ برق وسایل الکتریکی مصرفی است . اکثر شبکه های ثانویه مدرن با ولتاژ مجاز ۱۰۰ – ۱۲۰ یا ۲۳۰ – ۲۴۰ ولت ، در فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز می باشند .

ولتاژ عملیاتی ، تعداد مورد نیاز فازها ( سه فاز یا تک فاز ) و قابلیت اطمینان مورد نیاز، نوع توپولوژی و پیکربندی شبکه را دیکته می کند .

سیستم های توزیع توان الکتریکی برای سرویس دهی به مشتریان خود با قدرت مطمئن و با کیفیت بالا طراحی شده اند. رایج ترین سیستم توزیع متشکل از مدارهای شعاعی ساده ( خط های انتقال برق ها) است که می تواند هوایی، زیر زمین و یا ترکیبی باشد .

از پست توزیع برق ، خط های انتقال ، برق را به مشتریان پایانی انتقال می دهند، این خط های انتقال برق در پست توزیع برق، شبکه اولیه را تشکیل می دهند که ولتاژ متوسط هستند و معمولا ً ۵ تا ۳۵ کیلو ولت هستند . این خط های انتقال از چند کیلومتر تا چند ده کیلومتر طول دارند . آن ها باید برق تمام مشتریان در منطقه  توزیع را تامین کنند ، این خط ها اغلب دارای مسیر پیچ و خم دار هستند و در طول مسیر شاخه شاخه می شوند.

ترانسفورماتورهای توزیع یا ترانسفورمرها ثانویه در امتداد فیدرهای قرار داده می شوند، ولتاژ را از سطح متوسط به سطح ولتاژ پایین تبدیل می کنند ، که این ولتاژ مناسب برای مصرف مستقیم از طریق مشتریان نهایی ( ولتاژ برق) می باشد .

ترانسفورماتور توزیع

به طور معمول ، یک فیدر اولیه روستایی تا ۵۰ ترانسفورماتور توزیع را تامین می کند، در یک منطقه گسترده توزیع می شود ، اما شکل توزیع آن ها به طور قابل توجهی بستگی به پیکربندی نوع شبکه دارد . آن ها روی نوک تیر برق ، زیرزمین یا روی زمین نصب می شوند

ترانسفورماتورها روی نوک تیرهای برق ، زیرزمین یا در اندازه ی کوچکی در روی زمین نصب می شوند

شکل - ترانسفورماتور توزیع
شکل – ترانسفورماتور توزیع

از این ترانسفورماتورها ، شبکه های ولتاژ پایین یا ثانویه به به کنتور مشتریان متصل می شود

شکل ۳ – انشعاب برق از شبکه اولیه ( راست ) – انشعاب برق از طریق شبکه ثانویه ( چپ )
شکل ۳ – انشعاب برق از شبکه اولیه ( راست ) – انشعاب برق از طریق شبکه ثانویه ( چپ )

مشتریان از طریق انشعابات در نظر گرفته شده به سیستم های توزیع متصل می شوند . مشتریان نزدیک به یک ترانسفورماتور توزیع می توانند به طور مستقیم به اتصالات ثانویه ترانسفورماتور متصل شوند . سایر مشتریان از طریق ایجاد شبکه ثانویه  برای ایجاد انشعاب برق به شبکه برق متصل می شوند .

این دو نوع سرویس در شکل ۳ بالا نشان داده شده اند .

سیستم های توزیع  شبکه برق ثانویه دارای تعداد کمی ترانسفورماتورهای توزیع بزرگ هستند

این می تواند برای مناطقی با چگالی بار کم و / یا منطقه بزرگ مقرون به صرفه باشد ، اما تلفات اهمی را افزایش داده و منجر به افت ولتاژهای بالاتر می شود . افزایش میزان در معرض قرار گرفتن خطوط می تواند قابلیت اطمینان را کاهش دهد در حالیکه استفاده از ترانسفورماتورها کمتر قابلیت اطمینان را افزایش می دهند.

بسیاری از سیستم های زیر زمینی به طور مستقیم به ترانسفورماتورها متصل می شوند و توزیع ولتاژ پایین استفاده نمی کنند . به همین علت مجبور هستیم ترانسفورماتور توزیع برق را در چند صد متری هر مشتری قرار دهیم ، اما نگرانی های مربوط به قابلیت اطمینان مرتبط با انشعاب گیر ها (T-splices)را که برای اتصال دادن کابل  زیرزمینی به خطوط فرعی زیرزمینی مورد نیاز است را از بین می برد .

پیکربندی سیستم های توزیع ثانویه

شبکه های شعاعی(Radial networks)

شبکه های شعاعی گسترده ترین و اقتصادی ترین نوع شبکه در هر دو ولتاژ MV و LV است . این سیستم درجه بالایی از قابلیت اطمینان و تداوم سرویس دهی را برای بسیاری از مشتریان فراهم می کند .

در سیستم های آمریکایی ( ۱۲۰ V ) ، مشتریان معمولا ً مستقیما از ترانسفورماتورهای توزیع از طریق خطوط انتقال نسبتا ً کوتاه به صورت توپولوژی ستاره ای برق را دریافت می کنند .

در سیستم های ۲۴۰ V ، مشتریان با چندین خط ولتاژ کم سرو کار دارند که با توجه به خطوط برق هوایی  ، کابل های زمینی یا زیرزمینی و یا مخلوط آن ها ایجاد می شود .

شکل ۴ - چیدمان نمونه شبکه ولتاژ پایین شعاعی
شکل ۴ – چیدمان نمونه شبکه ولتاژ پایین شعاعی

در یک شبکه هوایی ، کابلها  از نوک تیر تا سقف خانه کشیده می شوند . در یک شبکه کابلی ، همه اتصالات و دستگاه های حفاظتی لازم به طور معمول در پست های کوچکی قرار داده می شوند و یا گاهی اوقات در داخل منهول قرار داده می شوند. (اتصالات مدفون T  شکل  مستعد آسیب و خطا هستند) .

طراحی و پیاده سازی حفاظت سیستم در شبکه های شعاعی ساده است ، زیرا در صورت اتصال کوتاه، جریان های اتصال کوتاه تنها یک مسیر ممکن دارند که  آن مسیر باید قطع شود .

«فیوز ها اغلب برای هر دو حفاظت اتصال کوتاه و اضافه بار، مورد استفاده قرار می گیرند ، در حالی که ممکن است کلید های حفاظتی ولتاژ پایین در شرایط خاص مورد استفاده قرار گیرند »

شبکه های نقطه ای

هنگامی که قابلیت اطمینان بالا برای مشتریان مهم مورد نیاز است ، از شبکه های نقطه ای استفاده می شود . شبکه ولتاژ پایین از دو یا چند ترانسفورماتور توزیع در یک محل تامین برق می شود ، که هر کدام از آن ها از یک خط انتقال برق MV  متفاوت( که ممکن است از پست های برق متفاوت یا همانند ایجاد شود ) تامین می شود .

ترانسفورماتورها با یک باس یا کابل در سمت ثانویه به یک دیگر متصل می شوند و که این باس، باس جمع کننده یا موازی کننده نامیده می شوند . این باس موازی  به طور معمول کابل هایی برای اتصال به شبکه های دیگر ندارد ، که در این صورت این شبکه ها، شبکه های ایزوله نقطه ای نامیده می شوند . زمانی که آن ها این کابل ها را دارند و به شبکه های دیگر متصل می شوند این شبکه ها معروف به شبکه های نقطه ای با دسترسی (reach) نامیده می شوند (spot networks with reach)

در برخی موارد ، کلیدهای اتصال سریع باس ثانویه را می توان بین بخش های مختلف باس ها برای جداسازی عیب در کلیدهای ثانویه و از دست دادن برق مورد استفاده قرار داد .

سیستم های نقطه ای معمولا ً در مناطق چگالی بار بالا مانند نواحی تجاری ، بیمارستان ها بزرگ ، صنایع کوچک و تاسیسات مهم مانند سیستم های تامین آب استفاده می شوند .

در حالت عادی ، تامین انرژی توسط هر دو خط انتقال اولیه به صورت موازی تامین می شود . در صورت قطع هر یک از خطوط انتقال برق اولیه ، محافظ شبکه به طور خودکار در نقطه ی مربوطه ترانسفورماتور ثانویه باز می شود . ترانسفورماتورهای باقیمانده به تامین برق از طریق خطوط انتقال برق  اولیه مربوط به خودشان ادامه می دهند .

شکل ۵ - چیدمان نمونه یک شبکه نقطه ای ولتاژ پایین
شکل ۵ – چیدمان نمونه یک شبکه نقطه ای ولتاژ پایین

تنها در مواردی که اتصال کوتاه در باس موازی ایجاد شود ، یا تامین کننده ی اولیه برق از دست برود ، مشتری بدون برق  خواهد ماند . خطاها در شبکه ولتاژ پایین توسط فیوزها یا مدارشکن ها کنترل می شود که منجر به از دست دادن خدمات تنها برای بارهای آسیب دیده می باشد .

شبکه گرید (Grid network)  یا شبکه ی مشبک

یک شبکه مشبک متشکل از یک شبکه به هم پیوسته از مدارها ، که  دارای چندین خطوط انتقال برق  اولیه از طریق ترانسفورماتورهای توزیع در چندین محل برق را دریافت می کند تشکیل شده است. شبکه های گرید به طور معمول در محله های پایین شهرهای بزرگ ، با کابل های اتصال که در مجاری زیر زمینی در امتداد خیابان قرار داده شده اند ، استفاده می شوند

کابل های متعدد اجازه مسیرهای جریان چندگانه را از هر ترانسفورماتور به هر بار در شبکه را می دهد .

همانند شبکه های نقطه ای ، از حفاظت های شبکه برای حفاظت در برابر خطاهای خطوط انتقال برق اولیه استفاده می شود و از انتشار جریان خطا از شبکه به خط های انتقال برق اولیه جلوگیری می کند .

کابل تکی ممکن است توسط محدود کننده های  کابلی در هر دو انتها محافظت شوند ، فیوزهای خاص حفاظت بسیار سریع از مدار را فراهم می کنند .

ویژگی پشتیبانی سیستم به طور کلی مانع از قطع برق هر مشتری می شود .

شکل ۶ - چیدمان یک شبکه ولتاژ پایین مشبک
شکل ۶ – چیدمان یک شبکه ولتاژ پایین مشبک

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

‫2 نظرها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن