دانلود تحقیق سیستم توزیع انرژی الکتریکی

انرژی الکتریکی در مقایسه با سایر انرژی ها از محاسن ویژه ای برخوردار است و همین محاسن است که ارزش و اهمیت و کاربرد آنرا فوق العاده روز افزون ساخته است .

بعنوان نمونه می توان خصوصیات زیر را نام برد:
1.

هیچگونه محدودیتی از نظر مقدار در انتقال و توزیع انرژی وجود ندارد.

2.

عمل انتقال این انرژی برای فواصل زیاد بسهولت امکان پذیر است .

3.

تلفات این انرژی در طول خطوط انتقال و توزیع کم و دارای راندمان نسبتا بالایی است.

4.

کنترل و تبدیل و تغییر این انرژی بسیار انرژی ها به آسانی انجام پذیر است .

بطور کلی هر سیستم انرژی الکتریکی دارای سه قسمت اصلی می باشد:
1.

مرکز تولید نیرو (نیروگاه)
2.

خطوط انتقال نیرو
3.

شبکه های توزیع نیرو
معلولا نیروگاهها با توجه به جوانب ایمنی و اقتصادی و بخصوص با توجه به نوعشان (آبی،بخاری،گازی) در مسافتی دور از مصرف کننده ها ساخته می شوند.

وظیفه خطوط انتقال نیرو با تجهیزات مختلف مربوطه این است که انرژی تولید شده را به شبکه های توزیع منتقل نماید.

عمل انتقال نیروی برق با فشار الکتریکی کم امکان پذیر نیست ، بلکه جهت انتقال از فشار الکتریکی زیاد استفاده می شود.

که بعدا در نزدیکی محل مصرف به فشار الکتریکی کم تبدیل شده و توزیع خواهد شد.

اگر چه جهت مصرف کنندگان عمده نیز امکان تغذیه با فشار کم وجود دارد ولیکن در اینگونه موارد بهتر است که مستقیما انشعاب فشار قوی (زیاد)داد.

خلاصه اینکه در هر مجتمع بزرگ صنعتی و یا درهرشهری حداقل یک شبکه فشار قوی بایستی وجودداشته باشدتادر نقاط مختلف شبکه های فشار ضعیف (شبکه های توزیع) را تغذیه نمایند و انتخاب این فشار تابع بزرگی محل و بار شبکه خواهد بود.

برای اینکه بتوان سیستمهای مختلف انتقال و توزیع برق را بسهولت به یکدیگر مرتبط نمود ،از فشارهای استاندارد شده ای استفاده می شود که عبارتند از :
(400-230)KV (132-63) KV (20-6) KV (400) V
فشار ضعیف فشار متوسط فشار قوی فشار خیلی قوی
در ایران جهت تغذیه مصرف کننده ها عموما از جریان متناوب سه فازه فشار ضعیف ولتی از فشار متوسط (اکثرا 20kv ) و جهت تغذیه پستهای فشار متوسط از فشار قوی (اکثرا 63kv ) استفاده می شود.

از فشار خیلی قوی جهت ارتباط نیروگاهها بهره برداری می گردد.

نقش شبکه توزیع (فشار ضعیف و فشار متوسط) یک مجتمع (یا یک شهر) را چه از نظر حجم و چه از نظر وسعت و چه از نظر ارزش و اهمیت می توان به مویرگهای بدن تشبیه نمود که آخرین و مهمترین وظیفه یعنی تغذیه مصرف کننده ها را عهده دار می باشد.

لذا به منظور تامین انرژی مورد نیاز مصرف کننده ها شبکه های توزیع (فشار ضعیف و متوسط) دربخشهای مختلف صنعتی و کشاورزی و مسکونی و عمومی (تجاری) دارای شرایط و خصوصیات معینی می باشد.

این شرایط که در هر شبکه توزیع می باید مورد توجه قرار گیرد عبارتند از :
1.

شرط اول جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز مشترکین (بعنوان مصرف کننده) این است که شرکتهای برق موظفند بطور دائم در طول شبانه روز آن مقدار قدرتی که مشترک درخواست نموده و مورد توافق قرار گرفته در اختیارش قرار دهند .

بنابراین در انتخاب میزان قدرت و نوع شبکه و سیم کشی و اجرای عملیات آن بایستی دقت زیادی شود.

شرط دوم جهت تامین انرژی مصرف کننده ها این است که وضعیت شبکه ها باید طوری باشدتادر مواقع خرابی یک قسمت از شبکه در تغذیه مصرف کننده ها وقفه ای حاصل نشود.

عیب یابی سریع ناشی از عایق بندی (ایزولاسیون) شرط سومی می باشد که در توزیع انرژی الکتریکی بایستی مورد نظر باشد، شبکه ها باید طوری باشند که بتوان معایب ناشی از عایق بندی و پاره گی خطوط و سایر معایب را فوری و بطور مطمئن پیدا کرده و به سرعت آنها را برطرف نمود.

با برقراری شرایط بالا، چهارمین شرط انتخاب شبکه ایست که مناسب ترین و ارزانترین روش توزیع انرژی را در بر داشته باشد.

عدم رعایت موارد فوق سبب می شود که اشکالات زیادی در شبکه های توزیع بوجود آید؛ از افت و ولتاژهای فوق العاده زیادتر از حد مجاز گرفته تا تلفات زاد انرژی و از اضافه بار روی ترانسفورماتورها گرفته تا خاموشیهای طولانی در سطوح وسیع.

شبکه و هادیهای آن ارتباط مولد و مصرف کننده فقط از طریق اجسام هادی (فلزات) امکان پذیر می باشد.

بین فلزاتی که بعنوان هادی انتخاب می شوند، مس از همه آنها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا که ؛ 1.

بعد از طلای سفید و نقره (که بندرت یافت می شوند) مس بهترین هادی جریان الکتریکی می باشد .

(مقاومت ویژه الکتریکی آن کم است.) 2.

فراوان و ارزان است.

3.

استحکام مکانیکی خوبی دارد.

4.

براحتی انعطاف پذیراست.لذاباخم و راست شدن درسرپیچیهای مسیر نمی شکند.

5.

در برابر تاثیرات جوی (مثل رطوبت) پایدارتر است و اکسید نمی شود.

بعد از مس ،آلومینیوم بعنوان هادی الکتریکی در شبکه ها بکار می رود.

اگرچه ضریب هدایت آن کمتر از مس است ،ولیکن وزن آن هم کمتر است .برای آنکه هادی آلومینیومی از نظر هدایت الکتریکی معادل هادی مسی گردد، باید مقطع آنرا (6/1) برابر مقطع هادی مسی انتخاب نمود که باز هم در این صورت وزن آن فقط نصف وزن هادی مسی خواهد شد.

سیم آلومینیومی بخاطر سبک بودنش بیشتر در سیم کشی هوائی بکار می رود و هادی مسی مخصوصا بخاطر قابلیت انعطاف پذیریش در کابل کشی زمینی خیلی بیشتر از هادی آلومینیومی مورد استفاده قرار می گیرد.

استحکام مکانیکی هادی آلومینیومی به مراتب کمتر از هادی مسی است .

برای افزایش استحکام مکانیکی هادی آلومینیومی (مخصوصا در خطوط هوائی ) عموما آنرا بصورت آلیاژ بکار می برند.مانند آلدرای که آلیاژی است از آلومینیوم و منیزیم و سیلیسیم و آهن.

راه دیگر افزایش استحکام مکانیکی هادی آلومینیومی استفاده آن بصورت آلومینیوم فولاد می باشد که در وسط آن یک یا چند رشته سیم فولادی (stell) جای می دهند.

برای بالا بردن قابلیت انعطاف پذیری هادیها (آلومینیوم و مس ) آنها را مخصوصا در در مقاطع بزرگ بصورت چند رشته ای می سازند.جهت چرخش هرلایه درهادی های چند رشته ای بر خلاف لایه های مجاور می باشد تا از باز شدن رشته ها جلوگیری شود.تعدادرشته هادرهادیهای چند رشته ای که از فرمول زیر قابل محاسبه می باشد، معمولا 61 و 37 و 19 و 7 خواهد شد.

A = 3 – 3K +1 تعداد لایه ها = K تعداد رشته ها = A تاثیر رطوبت بر هادی آلومینیومی به مراتب بیشتر از هادی مسی است .

بطوری که درهوای مرطوب بسرعت اکسیده می شود.

لذا اتصالات الکتریکی با هادی آلومینیومی باید با دقت فراوان همراه باشد .

مخصوصا چنانچه با مس باشد در این صورت در اثر تاثیر رطوبت یک پیل برقی با مدار بسته ای بوجود خواهد آمدکه قطب مثبت آنرا مس و قطب منفی آن را آلومینیوم می سازد در این وضعیت پس از مدتی در نتیجه عبور جریان هادی آلومینیومی خورده می شود.

اگرچه برای رفع این اشکال معمولا سیم آلومینیومی راقبل از وصل کردن صیقلی کرده و روی آن روغن مالی می کنند ولیکن بهتر است در اینگونه موارد از کمپلت های مخصوصی که برای اتصال قسمت آلومینیومی به قسمت مسی درست شده اند استفاده نمود (کمپلتهای بی متال) نحوه انتقال و توزیع انرژی الکتریکی یکی از مزیتهای مهم انرژی الکتریکی بر سایر انرژیها سادگی قابلیت انتقال و توزیع آن برای مسافتهای طولانی می باشد.

تحقق بخشیدن به چنین امری نیاز به وسائلی دارد تا به کمک آنها بتوان انرژی الکتریکی را از یک محل به محل دیگر انتقال داد و یا در یک حوزه وسیع توزیع نمود بدون آنکه هیچگونه خطری شبکه و عوامل جانبی آنرا تهدید نماید.

وسائلی که می توان جهت امر فوق از آنها استفاده نمود دو نوع هستند: 1.

سیم های هوایی با متعلقات مربوطه 2 .

کابلهای زمینی با متعلقات مربوطه انتخاب یکی از دو وسیله فوق به عنوان متعدد بستگی دارد که پس از جمع بندی آن عوامل یکی از دو وسیله فوق جهت انتقال و توزیع انتخاب می شود.

تعدادی از این عوامل عبارتند از : 1.

مسیر خط انتقال (توزیع ) مسیر انتقال یکی از عوامل مهمی است که در انتخاب نوع شبکه زمینی یا هوایی دخالت می کند .

1-1 طول مسیر : اگر فاصله از پست (یا مرکز تولید) تا محل مصرف کم باشد کابلهای زمینی به سیم کشی هوائی ارجعیت دارد مخصوصا در مواردی که این طول کم با پیچ و خم های متوالی همراه باشد.

ولی اگر فاصله زیاد باشد و مخصوصا فشار الکتریکی شبکه هم قوی باشد، از سیم کشی هوایی استفاده می شود.

2-1 نوع مسیر: در بعضی از نقاط اجبارا از شبکه زمینی استفاده می شود.

مانند حریم باند فرودگاه .

در بعضی از نقاط دیگر اجبارا از شبکه هوایی استفاده می شود مانند حریم عرضی راه آهن .

3-1 محدودیت عرضی مسیر: در بسیاری از موارد بعلت کم بودن عرض مسیر و در نتیجه بعلت عدم تامین حریم خطوط هوائی کابل کشی زمینی جایگزین سیم کشی هوائی خواهد شد مخصوصا در مورد خطوط 400 ولتی و 20 کیلوولتی در داخل شهرها و در داخل مجتمع های صنعتی این وضعیت زیاد به چشم می خورد.

2.

ولتاژ خط انتقال: هر اندازه که ولتاژ خطوط انتقال (یا خطوط ارتباطی پستهای برقی ) قوی تر باشد، سیم کشی هوایی به کابل سیم کشی زمینی ارجعیت می یابد عموما شبکه های فشار ضعیف را (با توجه به سایر عوامل) از کابلهای زمینی می سازند.

در شبکه های 20 کیلو ولتی نیز با توجه بسیار عوامل کابل کشی زمینی به چشم می خورد ولی برای خطوط 63 کیلوولتی به بالا کابل کشی زمینی اصولی نمی باشد.

3.تراکم جمعیت: اگر در محل توزیع و مصرف تراکم جمعیت زیاد باشد و بار در کیلومتر مربع از 1000 کیلو وات به بالا باشد، کابل کشی زیمین به سیم کشی هوایی برتری دارد.

البته در مورد خیابان هایی که ساختمان هایش بهم چسبیده و از دو طبقه به بالا هستند در هر صورت باید شبکه ها از طریق کابل کشی زمینی مورد اجرا و بهره برداری قرار گیرند.

عامل اقتصادی: طرحی مقبول و مناسب است که هم به لحاظ فنی و از شرایط نسبتا خوبی برخوردار باشد و هم به لحاظ اقتصادی به بودجه و تامین اعتبار کمتری نیازمند باشد.

در این مورد سیم هوایی به کابل زمینی برتری دارد.

مخصوصا هر اندازه ولتاژ خط انرژی قویتر باشد،این افزایش قیمت چشمگیرتر است.

حدودا می توان گفت که در شبکه های فشار ضعیف 400 ولتی هزینه شبکه زمینی دو برابر هزینه شبکه هوایی می شود.

ولی این نسبت افزایش در شبکه های 63 کیلو ولت و به ترتیب 7 و 11 برابر می شود.

زیبائی محیط: اگر خطوط توزیع سبب بهم زدن آرایش طبیعی محیط گردد و احیانا خواسته باشیم ضمن حفظ زیبایی محیط انرژی الکتریکی را نیز توزیع کرده باشیم، کابل کشی زمینی را انتخاب می کنیم.مثلادرشهرها به منظور حفظ زیبایی خیابانها معمولا از شبکه های زمینی استفاده می شود.

علاوه بر عوامل فوق عومل متعدد دیگری نیز وجود دارند که کابلهای زمینی را به سیمهای هوایی و سیمهای هوایی را به کابلهای زمینی تبدیل کرده اند.

مثل هوامل جوی،عوامل اطمینان مصرف عوامل عیب یابی سریع بهنگام اتصالی و پاره گی خطوط.

البته کابل کشی زمینی دارای مزایای منحصر بفرد است.

بعلت دفن بودن در زیر خاک از خطراتی مانند طوفان و یخ زدگی و رعد و برق در امان است.

از این رو قطع جریان کمتر پیش می آید.

اما اگر کابل صدمه ببیند تعمیر و تعویض آن مستلزم وقت و هزینه زیادی است .

همین اشکال در مورد انشعاب گیری نیز وجود دارد.

در صورتی که گرفتن انشعاب ازخطوط هوایی بدون زحمت وبا مخارج کم وباسرعت انجام می پذیرد.ناگفته نماندکه ازنظراصلاح ضریب قدرت تااندازه ای استفاده از شبکه های زمینی بهتر است.

شبکه های هوایی و متعلقات آن: شبکه های هوایی و لوازم آن باید بر اساس خواص الکتریکی و خواص مکانیکی مورد بررسی ومطالعه قرارگیرند.شبکه ازلحاظ خواص الکتریکی باید از شرایطی برخوردار باشد که : 1.

قادر به انتقال قدرت مورد نیاز باشد.

جهت انتقال یک توان مشخص افت ولتاژ زیادی در آن پدید نیاید.

لوازم شبکه مخصوصا مقره ها متناسب با ولتاژ آن باشد.

4.فاصله بین هادی هر فاز متناسب با ولتاژ شبکه از حد معینی کمتر نباشد.

بعد از خواص الکتریکی ، باید شرایط مکانیکی شبکه را در نظر گرفت.

بعنوان نمونه پایه ها وسیمها باید طوری باشند که در مقابل نیروهای مختلف وارده (نیروهای کششی و عوامل جوی) مقاوم بوده و بتواند مدت زیادی در خدمت شبکه قرار گیرد و بدون آنکه احتیاج به تعمیراتی داشته باشد.به بیان دیگرنیروی کششی وارده به سیمها نباید ازحد مجاز داده شده تجاوز نماید که سبب پارگی آن گردد و احتمالا سبب خوابیدن تیر و یا شکستگی آن شود.

حداکثر نیروی کششی برای چند نمونه سیم هوایی عبارتند از : سیم مسی