خطوط انتقال و توزیع, مقالات
شبکه‌های توزیع
فروردین
سیستم‌های توزیع اولیه
شبکه‌های توزیع
سیستم‌های توزیع اولیه شامل خطوط انتقالی هستند که برق را از پست‌های توزیع به ترانسفورماتورهای توزیع تحویل می‌دهند.
یک خط انتقال برق معمولا ً با یک سوییچ (کلید) تغذیه کننده در پست توزیع آغاز می‌شود. بسیاری از خطوط انتقال، پست را از طریق یک لوله ی بتونی در زمین ترک می کنند و به یک تیر برق می‌رسند.
نکته: منظور از خط انتقال همان فیدر می باشد و در طول متن یا از عنوام خط انتقال و یا فیدر استفاده‌شده‌است.
در این نقطه، کابل‌های زیر زمینی ۳ فاز به کابل‌های ۳ فاز روی زمین و متصل به تیر برق تبدیل میشوند.
تیر برق اصلی در اطراف محله مورد نظر توزیع شده و ممکن‌است به خطوط انتقال دیگر نیز متصل شود. امکان اجرای سیستم توزیع زیر زمینی نیز ممکن‌است، اما هزینه بسیار بیشتری از هزینه انتقال برق از روی زمین دارد.
از کلمپ‌ها یا ترمینال‌های موجود روی تیر برق اصلی برای توزیع برق در یک منطقه مسکونی یا صنعتی استفاده می‌گردد. این کلمپ‌ها معمولا ً یک فاز هستند ، اما ممکن‌است 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 میشوند.
مقالات مرتبط :
حفاظت از خطوط هوایی – خطاها و رله‌های حفاظتی
Recloser:
در سیستم توزیع reclosers یک نوع از کلیدهای برق هستند که برای استفاده در شبکه‌های توزیع برق هوایی جهت تشخیص و قطع کردن خطاهای گذرا طراحی شده‌اند.
(به این صورت عمل می‌کند که اگر خطایی در خط توزیع وجود داشت بعد از چند سیکل دوباره برق را وصل می‌کند 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 می‌شود. در اکثر اوقات خطاها گذرا هستند و با چند بار قطع و وصل خطا رفع می‌شود)
Sectionalizers:
یک نوع کلید حفاظتی است و شامل یک قطع کننده‌ی مداراست که با ارتباط با یک دستگاه حفاظتی در منبع توان مانند ریکلوزر یا بریکر (قطع کننده مدار) استفاده می‌شود 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 می‌گردد.
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 می‌کند و در سیستم توزیع زیر زمینی از ترانسفورماتورها به صورت نصب شده روی زمین (pad–mounted transformer) استفاده می‌شود.
مسیرهای خط‌های 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 می‌کند تا یک محله یا حوزه اختصاص داده شده را پوشش دهد .یک فیدر نشان‌دهنده انواع انشعابات مختلف و تجهیزات توزیع برق .
ساده ترین سیستم توزیع اولیه شامل فیدرهای مستقل‌است که هر مشتری به یک فیدر واحد متصل شده‌است . از آنجایی که هیچ ارتباط داخلی در این حالت در فیدر وجود ندارد، یک خطا تمام مشتریان پایین دست را قطع می‌کند، تا زمانی که تعمیر آن خطا رفع می‌گردد.
طرح‌های پایلوت برای حفاظت خطوط انتقال برق
شبکه‌های توزیع
«این پیکربندی یک سیستم شعاعی (radial system ) نامیده می‌شود و برای مناطق روستایی با تراکم پایین متداول‌است که در آن سیستم های پیچیده تر هزینه‌ی بالاتری دارند .»
یک پیکربندی دیگری که بیشتر رایج‌است، دو فیدر را در انتهای خط را با یک کلید نرمالی اوپن (NO) به هم متصل می‌کند.
این حلقه قابلیت اطمینان را برای مشتریان پایین دست با باز کردن سوییچ بالادست و بستن کلید، افزایش می‌دهد.
تنها مشتریانی که در قسمت خطا هستند نمی‌توانند تا زمان رفع عیب برق داشه باشند ولی بقیه مشتریان به خاطر وجود کلید در انتهای دو فیدر می‌توانند برق را دریافت کنند.بسیاری از سیستم‌های توزیع چندین کلید بین فیدر های چندگانه برای به هم مصل کردن خط‌های توزیع دارند. قابلیت اطمینان، مشابه یک حلقه اولیه گفته شده در بالا است ولی انعطاف پذیری سوییچینگ بیشتر‌است .
این سیستم‌های توزیع اولیه در چندین نقطه به هم متصل میشوند
که به عنوان شبکه‌های 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 می‌دهد. 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 سوییچ‌ها در ولتاژهای ثانویه به جای ولتاژهای اولیه به نتایج مشابهی دست می‌یابد.با استفاده از سرویس انتخابی ثانویه، هر ترانسفورماتور توزیع باید قادر به تامین کل بار فیدر را داشته‌باشد تا تا از حداکثر قابلیت اطمینان سیستم استفاده کرد.
حفاظت ترانسفورماتور قدرت و خطاهای آن
شبکه های نقطه ای(Spot Networks)
برای مشتریانی که نیاز به بالاترین قابلیت اطمینان دارند‌استفاده‌می‌شود. 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 استفاده‌می‌شود (Reverse Relay power). حتی در صورت عیب در چندین تجهیز شبکه، شبکه‌های نقطه‌ای این اجازه را می‌دهند که بدون هیچ وقفه‌ای مشتریان برق داشته باشند.
شبکه‌های نقطه‌ای 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 گرفته‌می‌شوند که، در آنها چندین خط انتقال برق جداگانه برای تامین برق دسترس است . برخی از پیکربندی‌های سیستم توزیع اولیه در شکل ۲ نشان‌داده‌شده‌اند.
شبه‌های توزیع
سیستم‌های توزیع ثانویه
شبکه ولتاژ پایین یا شبکه ثانویه بخشی از شبکه ی توزیع توان‌است که انرژی الکتریکی را از ترانسفورماتورهای توزیع به کنتورهای هوشمند مشترکان برق انتقال‌می‌دهد .
شبکه‌های ثانویه در سطح ولتاژ پایین هستند که معمولا ً برابر با ولتاژ برق وسایل الکتریکی مصرفی است . اکثر شبکه‌های ثانویه مدرن با ولتاژ مجاز ۱۰۰ – ۱۲۰ یا ۲۳۰ – ۲۴۰ ولت ، در فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز می‌باشند .
ولتاژ عملیاتی ، تعداد مورد نیاز فازها ( سه فاز یا تک فاز ) و قابلیت اطمینان مورد نیاز، نوع توپولوژی و پیکربندی شبکه را دیکته می‌کند.
سیستم‌های توزیع توان الکتریکی برای سرویس دهی به مشتریان خود با قدرت مطمئن و با کیفیت بالا طراحی‌شده‌اند. رایج ترین سیستم توزیع متشکل از مدارهای شعاعی ساده ( خط‌های انتقال برق‌ها) است که میتواند هوایی، زیر زمین و یا ترکیبی‌باشد.
از پست توزیع برق ، خط های انتقال ، برق را به مشتریان پایانی انتقال می‌دهند، این خط‌های انتقال برق در پست توزیع برق، شبکه اولیه را تشکیل می‌دهند که ولتاژ متوسط هستند و معمولا ً ۵ تا ۳۵ کیلو ولت هستند.
این خط‌های انتقال از چند کیلومتر تا چند ده کیلومتر طول دارند. آن ها باید برق تمام مشتریان در منطقه توزیع را تامین‌کنند، این خط‌ها اغلب دارای مسیر پیچ و خم دار هستند و در طول مسیر شاخه شاخه‌می‌شوند.
ترانسفورماتورهای توزیع یا ترانسفورمرها ثانویه در امتداد فیدرهای قرار داده میشوند، ولتاژ را از سطح متوسط به سطح ولتاژ پایین تبدیل می‌کنند، که این ولتاژ مناسب برای مصرف مستقیم از طریق مشتریان نهایی ( ولتاژ برق) میباشد.
ترانسفورماتور توزیع
به طور معمول ، یک فیدر اولیه روستایی تا ۵۰ ترانسفورماتور توزیع را تامین‌می‌کند، در یک منطقه گسترده توزیع‌می‌شود ، اما شکل توزیع آنها به طور قابل توجهی بستگی به پیکربندی نوع شبکه‌دارد.
آن ها روی نوک تیر برق ، زیرزمین یا روی زمین نصب‌می‌شوند.
ترانسفورماتورها روی نوک تیرهای برق ، زیرزمین یا در اندازه ی کوچکی در روی زمین نصب‌می‌شوند.
از این ترانسفورماتورها ، شبکه‌های ولتاژ پایین یا ثانویه به به کنتور مشتریان متصل‌می‌شود.
شبکه‌های توزیع
مشتریان از طریق انشعابات در نظر گرفته شده به سیستم‌های توزیع متصلمیشوند. مشتریان نزدیک به یک ترانسفورماتور توزیع می‌توانند به طور مستقیم به اتصالات ثانویه ترانسفورماتور متصل‌شوند.
سایر مشتریان از طریق ایجاد شبکه ثانویه برای ایجاد انشعاب برق به شبکه برق متصلمیشوند.
این دو نوع سرویس در شکل ۳ بالا نشان داده‌شده‌اند.
سیستم‌های توزیع شبکه برق ثانویه دارای تعداد کمی ترانسفورماتورهای توزیع بزرگ هستند.
این میتواند برای مناطقی با چگالی بار کم و / یا منطقه بزرگ مقرون به صرفه‌باشد، اما تلفات اهمی را افزایش‌داده و منجر به افت ولتاژهای بالاترمی‌شود.
افزایش میزان در معرض قرار گرفتن خطوط می تواند قابلیت اطمینان را کاهش‌دهد در حالیکه استفاده از ترانسفورماتورها کمتر قابلیت اطمینان را افزایش‌می‌دهند.
بسیاری از سیستم‌های زیر زمینی به طور مستقیم به ترانسفورماتورها متصل میشوند و توزیع ولتاژ پایین استفاده‌نمی‌کنند.
به همین علت مجبور هستیم ترانسفورماتور توزیع برق را در چند صد متری هر مشتری قراردهیم،اما نگرانی‌های مربوط به قابلیت اطمینان مرتبط با انشعاب‌گیر‌ها (T-splices) را که برای اتصال‌دادن کابل زیرزمینی به خطوط فرعی زیرزمینی مورد نیازاست را از بین‌می‌برد .
پیکربندی سیستم‌های توزیع ثانویه
شبکه‌های شعاعی(Radial networks)
شبکه‌های شعاعی گسترده‌ترین و اقتصادی‌ترین نوع شبکه در هر دو ولتاژ MV و LVاست . این سیستم درجه بالایی از قابلیت اطمینان و تداوم سرویس دهی را برای بسیاری از مشتریان فراهم‌می‌کند .
در سیستم‌های آمریکایی ( ۱۲۰ V ) ، مشتریان معمولا ً مستقیما از ترانسفورماتورهای توزیع از طریق خطوط انتقال نسبتا ً کوتاه به صورت توپولوژی ستاره‌ای برق را دریافت‌می‌کنند .در سیستم‌های ۲۴۰ V ، مشتریان با چندین خط ولتاژ کم سرو کاردارند که با توجه به خطوط برق هوایی، کابل‌های زمینی یا زیرزمینی و یا مخلوط آنها ایجادمی‌شود .
و در یک شبکه هوایی ، کابلها از نوک تیر تا سقف خانه کشیده‌می‌شوند .
در یک شبکه کابلی، همه اتصالات و دستگاه‌های حفاظتی لازم به طور معمول در پست‌های کوچکی قرار داده‌می‌شوند و یا گاهی اوقات در داخل منهول قرارداده‌می‌شوند(اتصالات مدفون T شکل مستعد آسیب و خطا هستند).
طراحی و پیاده سازی حفاظت سیستم در شبکه‌های شعاعی ساده‌است، زیرا در صورت اتصال کوتاه، جریان‌های اتصال کوتاه تنها یک مسیر ممکن دارند که آن مسیر باید قطع‌شود .
«فیوز ها اغلب برای هر دو حفاظت اتصال کوتاه و اضافه بار، مورد استفاده قرارمی‌گیرند، در حالی که ممکن‌است کلیدهای حفاظتی ولتاژ پایین در شرایط خاص مورد استفاده‌قرارگیرند »
شبکه های نقطه ای
هنگامی که قابلیت اطمینان بالا برای مشتریان مهم مورد نیاز است ، از شبکه‌های نقطه ای استفاده‌می‌شود.
شبکه‌های ولتاژ پایین از دو یا چند ترانسفورماتور توزیع در یک محل تامین برق می‌شود، که هر کدام از آن ها از یک خط انتقال برق MV متفاوت( که ممکن‌است از پست های برق متفاوت یا همانند ایجاد شود ) تامین‌می‌شود.
ترانسفورماتورها با یک باس یا کابل در سمت ثانویه به یک دیگر متصلمیشوند و که این باس، باس جمع کننده یا موازی کننده‌نامیده‌می‌شوند.
این باس موازی به طور معمول کابل‌هایی برای اتصال به شبکه های دیگر ندارد، که در این صورت این شبکه‌ها، شبکه‌های ایزوله نقطه‌ای نامیدهمیشوند.
زمانی که آنها این کابلها را دارند و به شبکه‌های دیگر متصل میشوند این شبکه‌ها معروف به شبکه‌های نقطه‌ای با دسترسی (reach) نامیدهمیشوند (spot networks with reach)
در برخی موارد ، کلیدهای اتصال سریع باس ثانویه را می توان بین بخش‌های مختلف باس ها برای جداسازی عیب در کلیدهای ثانویه و از دست دادن برق مورد استفاده قرارداد.
سیستم‌های نقطه ای معمولا ً در مناطق چگالی بار بالا مانند نواحی تجاری ، بیمارستان‌ها بزرگ ، صنایع کوچک و تاسیسات مهم مانند سیستم‌های تامین آب استفادهمیشوند.
در حالت عادی ، تامین انرژی توسط هر دو خط انتقال اولیه به صورت موازی تامین‌می‌شود.
در صورت قطع هر یک از خطوط انتقال برق اولیه، محافظ شبکه به طور خودکار در نقطه‌ی مربوطه ترانسفورماتور ثانویه باز‌می‌شود.
ترانسفورماتورهای باقیمانده به تامین برق از طریق خطوط انتقال برق اولیه مربوط به خودشان ادامه‌می‌دهند .
تنها در مواردی که اتصال کوتاه در باس موازی ایجادشود، یا تامین کننده‌ی اولیه برق از دست برود، مشتری بدون برق خواهد‌ماند.
خطاها در شبکه ولتاژ پایین توسط فیوزها یا مدارشکن‌ها کنترل می‌شود که منجر به از دست دادن خدمات تنها برای بارهای آسیب دیده میباشد .
شبکه گرید (Grid network) یا شبکه‌ی 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 می‌کند تشکیل‌شده‌است.
شبکه‌های گرید به طور معمول در محله‌های پایین شهرهای بزرگ ، با کابل‌های اتصال که در مجاری زیر زمینی در امتداد خیابان قرار داده‌شده اند، استفادهمیشوند.
کابل‌های متعدد اجازه مسیرهای جریان چندگانه را از هر ترانسفورماتور به هر بار در شبکه را می‌دهد.
همانند شبکه‌های نقطه‌ای، از حفاظت‌های شبکه برای حفاظت در برابر خطاهای خطوط انتقال برق اولیه استفاده‌می‌شود و از انتشار جریان خطا از شبکه به خط‌های انتقال برق اولیه جلوگیری‌می‌کند.
کابل تکی ممکن‌است توسط محدود کننده‌های کابلی در هر دو انتها محافظت شوند ، فیوزهای خاص حفاظت بسیار سریع از مدار را فراهم‌می‌کنند .
ویژگی پشتیبانی سیستم به طور کلی مانع از قطع برق هر مشتری می‌شود. شبکه‌های توزیع
