دانلود تحقیق انرژی الکتریکی

مقدمه:

انرژی الکتریکی در مقایسه با سایر انرژی‌ ها از محاسن ویژ‌ه‌ای برخوردار است و همین محاسن است که ارزش و اهمیت و کاربرد آنرا فوق‌العاده روز افزون ساخته است.

بعنوان نمونه می‌توان خصوصیات زیرا را نام برد:

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

عمل انتقال این انرژی برای فواصل زیاد بسهولت امکان‌پذیر است.

تلفات این انرژی در طول خطوط انتقال و توزیع کم و دارای راندمان نسبتاً بالائی است.

کنترل و تبدیل و تغییر این انرژی نسبت به سایر انرژی‌ها به آسانی انجام‌پذیر است.

بطور  کلی هر سیستم انرژی الکتریکی دارای سه قسمت اصلی می‌باشد:

مرکز تولید نیرو (نیروگاه)

خطوط انتقال نیرو

شبکه‌ های توزیع نیرو

تولید که از دو قسمت تشکیل یافته است:

حلقه کنترل قدرت و فرکانس ، که به صورت توربین می‌باشد.

حلقه کنترل ولتاژ، که مربوط به ژنراتور می‌باشد.

شبکه سراسری انتقال که شامل ترانسهای قدرت با نسبت تبدیل 11.5/230/400kvi,11.5kv و شبکه‌ی فوق توزیع که شامل ترانسهای 132/63kv می‌باشد.

شبکه پخش انرژی الکتریکی که در انتهایی‌ترین سیستم قدرت قرار می‌گیرد.

بمنظور تامین انرژی مورد نیاز مصرف‌کننده‌ها، شبکه‌های توزیع (فشار متوسط و ضعیف) در قسمتهای مختلف صنعتی و کشاورزی و مسکونی و عمومی (تجاری) دارای شرایط و خصوصیات معینی می‌باشند.

این شرایط که در هر شکبه توزیع می‌باید مورد توجه قرار گیرد، عبارتند از:

شرط اول تامین انرژی مورد نیاز مشترکین (بعنوان مصرف‌کننده)، این است که شرکت برق موظف است به طور دائم در طول شبانه‌روز آن مقدار قدرتی را که مشترک درخواست نموده و مورد توافق قرار گرفته در اختیارش قرار دهد.

بنابراین در انتخاب میزان قدرت و نوع شبکه و سیم‌کشی واحدهای عملیات آن بایستی دقت زیادی شود.

شرط دوم جهت تامین انرژی مصرف کننده‌ها این است که وضعیت شبکه‌ها باید طوری باشد تا در موقع خرابی یک قسمت از شبکه، در تغذیه‌ی مصرف‌کنندها وقفه‌ای حاصل نشود.

عیب‌یابی سریع ناشی از عایق‌ بندی (ایزولاسیون) شرط سومی می‌باشد که در توزیع انرژی الکتریکی، باستی مورد نظر باشد.

شبکه‌ها باید طوری باشد که بتوان معایب ناشی از عایق‌بندی و پارگی خطوط و سایر معایب را فوری و بطور مطمئن پیدا کرده و بسرعت آنها را برطرف نمود.

با برقراری شرایط بالا، چهارمین شرط انتخاب شبکه اینست که مناسب‌ترین و ارزان‌ترین روش توزیع انرژی را داشته باشد، عدم رعایت موارد فوق باعث می‌شود که اشکالات زیادی در شبکه‌های توزیع بوجود می‌آید.

از افت ولتاژهای فوق‌العاده زیادتر از حدمجاز گرفته تا تلفات زیاد انرژی و از اضافه‌بار روی ترانسفورماتورها گرفته تا خاموشی‌های طولانی در سطوح وسیع.

انواع شبکه‌های توزیع انرژی الکتریکی:

بخش از سیستم الکتریکی که بین پست‌های2kv,43kv,20kv و ترانسفورماتورهای فشار متوسط قرار دارد، سیستم اولیه نامیده می‌شود.

این سیستم از مدارهایی تشکیل شده که به آنها فیدرهای اولیه گفته می‌شود.

هر فیدر شامل یک بخش اصلی یا «فیدر اصلی» که معمولاً یک مدل سه سیمه سه فاز است و شاخه‌ها یا انشعابها که معمولاً از فیدر اصلی منشعب شده‌اند، می‌باشند.

ممکن است در صورت لزوم انشعاب‌های فرعی از انشعاب‌ها جدا شده باشد.  ترانسفورماتورهای توزیع فشار متوسط، سه فاز بوده وتوسط فیوز فشار متوسط (فیوز CutOut) در پستهای هوایی محافظت می‌شوند.

برای حفاظت ترانسهای قدرت در پستهای زمینی از دژنکتور یا سکسیونر قابل‌قطع زیر بار استفاده می‌شود.

فیدرهای مذکور توسط رکوردها در نقاط مختلف مدار تقسیم‌بندی شده‌اند تا حتی‌الامکان بخشی از مدار که دچار خطا شده است، به تعداد کمتری از مشترکین مرتبط باشد.

این کارها با هماهنگی عملکرد تمام فیوزها و رکلوزرها امکان‌پذیر می‌باشد.

نواحی با تراکم بارزیاد توسط فیدرهای اولیه زیرزمینی که معمولاً کابلهای سه فاز شعاعی هستند، تغذیه می‌گردد.

این روش، ظاهری بهتر داشته و کم‌دردسرتر می‌باشد، اما دارای هزینه بیشتر بوده و زمان تعمیر آن طولانی‌تر از سیستم‌های هوایی است.

در برخی حالات، می‌توان کابل را بصورت معلق بر روی تیرک‌ها بکار برد که در این نوع، هزینه از حالت سیستم هوائی (Open-Wire) ،‌ بیشتر و از حالت بکارگیری تاسیسات زیرزمینی کمتر می‌باشد.

شبکه‌های شعاعی:

ساده‌ترین، کم‌هزینه‌ترین و رایج ترین شکل فیدر اولیه، نوع شعاعی آن می‌باشد.

بطور کلی فیدرهای اصلی و فرعی Main&SubFuder بصورت سه فاز بوده و جریان رله‌هایی که از پست خارج می‌شوند،‌ بیشترین مقدار را داشته و هرکدام در حین اینکه انشعابها و انشعاب‌های فرعی از فیدر جدا می‌گردند، در طول فیدر کاهش می‌یابد.

کافیست اطمینان تداوم سرویس‌دهی در مسیرهای اولیه شعاعی پائین است.

چنانچه خطایی در هر نقطه از فیدر رخ دهد، قطع قدرت در همه مشترکین فیدر ایجاد می‌گردد، مگر آنکه توسط کلیدهایی نظیر فیوز، تقسیم‌کننده، سکسیونر یا دژنکتور آن را جدا نمائید.

 شبکه‌های بسته سه فاز (خطوط پخش انرژی از دوسو تغذیه):

       ضریب اطمینان کار چنین شبکه‌ای بطور قابل توجهی بالا می‌باشد.

زیرا از کارافتادن یکی از دو منبع و یا قسمتی از خط تغذیه کننده، شبکه همواره از سمت دیگری انرژی می‌گیرد.

بدیهی است شرط اصلی محاسبه شبکه، تغذیه از یک سمت است.

یعنی سطح مقطع سیم‌های اصلی باید برای حالتی محاسبه گردد که شبکه از یک سو تغذیه می‌گردد.

شبکه‌های دو سوتغذیه، در قصبات و روستاهایی بیشتر کاربرد دارد که در قسمت طول گسترش یافته است.

شبکه با تغذیه از یک سو، برای چنین مناطقی افت انرژی زیادی در طول خط دارد و علاوه از چنین شبکه‌ای برای تغذیه ماشین‌های کارخانه که دارای سالن‌های نسبتاً طویلی می‌باشد، نیز می‌توان استفاده کرد.

شبکه‌های حلقوی

عملکرد شبکه‌های حلقوی غیر عملکرد شبکه‌های از دوسو تغذیه شونده می‌باشد، با این تفاوت که از یک شبکه حلقوی ابتدا و انتهای خط هادی یک نقطه (منبع) تغذیه کننده متصل می‌باشد.

چنین شبکه‌ای برای تغذیه نقاط با تراکم مصرف زیاد به کار می‌رود (تغذیه پست‌های ترانسفورماتور).

حفاظت شبکه‌های ازدوسو تغذیه شونده و شبکه‌های حلقه‌ای احتیاج به وسایل حفاظتی حساس و دقیقی مانند رله‌های جریان زیاد جهت‌دار دارد.

از این‌رو استفاده از شبکه‌های حلقوی و یا رینگ مورد توجه قرار می‌گیرد.

از نظر تعریف شبکه رینگ به مداری گفته می‌شود که از یک شینه آغاز می‌گرد و پس از متصل کردن چند شینه به یکدیگر به همان نقطه شروع برمی‌گردد.

به عبارت دیگر رینگ حلقه‌ای است که می‌تواند بیشتر از یک پست را تغذیه کند و از طریق بیشتر از نقطه قابل تغذیه است.

مزیت اصلی شبکه رینگ در قابلیت اطمینان مناسب و امکان گسترش آسان آن است، اما تعداد دیژنکتورها و کلیدهای مورد نیاز زیادو نیز رله‌ گذاری مشکل و پرخرج می‌شود، لذا در شبکه‌های فعلی توزیع برق جهت استفاده از قسمتی از پست‌های شبکه حلقوی بدلیل مشکلات جایگزینی و تجهیزات ذکر شده از سیستم حلقه باز یا شبکه با قابلیت تغذیه از دوسو دربین دو شینه یا پست توزیع استفاده می‌نماید.

عوامل مهم بسیاری در طراحی فیدرهای اولیه اثر می‌گذارد که مهمترین آنها عبارتند از: چگالی و رشد بار، نیاز به ایجاد ظرفیت خالی برای بهره‌برداری در حالت اضطراری، هزینه و ساختار مدار مورد استفاده طرح و ظرفیت پست فوق توزیع مربوطه به آن، سطح ولتاژدهی بر سایر استاندارهای سرویس دهی.

سطوح ولتاژ شبکه‌های توزیع شبکه‌های فشار متوسط عمومی در ایران با ولتاژهای 18.20.23 کیلوولتی کار می‌کنند که در این میان ولتاژ 20 کیلوولت رایجترین آنهاست و امروزه ایجاد و توسعه شبکه‌های فشار متوسط اساساً با ولتاژ 20 کیلو ولت صورت می‌گیرد.

حتی در برخی از شهرها هم که از قدیم ولتاژ 11 کیلوولت معمول بوده است، رفته رفته جای خود را به ولتاژ 20 کیلوولت می‌دهد.

ولتاژ 33 کیلوولتی تنها در خوزستان رایج است و در ابتدا بعنوان ولتاژ برق توزیع بکار می‌رفت.

پست‌ها (استگاه‌های) توزیع این ایستگاه‌ها در شبکه‌ برق کشور به دو صورت زمینی (نصب شده در ساختمان) و هوایی (نصب شده در هوای آزاد بر روی پایه‌های برق) رایج است.

پست‌های زمینی اختصاص به محدوده داخل شهرها و بعضی از مشترکان مصارف سنگین دارد.

ویژگی آنها نسبت به ایستگاههای هوایی، ظرفیت نامی بالاتر و قابلیت مانور روی شبکه از طریق تجهیزات موجود درآنهاست.

در بیرون از محدوده‌های شهری، نوع رایج، پست‌های هوایی است.

ترانسفرماتورهای توزیع اغلب تا قدرت 315-400VA بصورت هوایی و از این ظرفیت به بالا زمینی و در داخل ساختمان نصب شده و مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد.

پیکتاژ برای انتقال انرژی الکتریکی از نقطه‌ای به نقطه دیگر لازم است که عمل پیکتاژ صورت پذیرد.

عمل پیکتاژ در واقع تعیین محل برجهای انتقال نیرو می‌باشد.

در سطح ولتاژ توزیع 20kv از تیرهای بتونی به ارتفاع‌های 12.13.15 متری و از قدرتهای مختلف 800, 600, 400 و حتی 1000 کیلوگرم نیرو استفاده می‌شود.

برای عمل پیکتاژ لازم است ابتدا بازدید کلی از مسیرخط انتقال صورت پذیرد و با دیدن پست‌ و بلندی‌ها و چگونگی زمین از نظر جنس و همچنین موانع طبیعی مانند جنگل، کوه، دریا، سیل و … یک آشنایی کلی پیدا شود.

طراحی خط از دو بخش الکتریکی و مکانیکی تشکیل می‌شود.

منظور از بخش الکتریکی سطح مقطه سیم از نظر قدرت عبوری و افت ولتاژ مجاز است و از نظر مکانیکی به مشخص کردن قدرت و ارتفاع تیر با توجه به قدرت کشش سیم و همچنین نوع زمین و شرایط جوی و حریم و مسائلی از این دست مربوط می‌شود.

بعد از انجام بازدید کلی اقدام به پیکتاژ می‌نمائیم.

ابتدا لازمست در نقطه مناسبی از ابتدای خط تیر انتهایی قرار داده شود.

سپس در نقطه شروع دوربین تئودولیت را قرار داده و آن را از نظر تعادل بر روی سه وجه تنظیم می‌نمائیم.

سپس فردی که در پشت دوربین قرار دارد، آنرا تا نقطه‌ای که به صورت مستقیم و بدون مانع قابل دید باشد، تنظیم می‌کند و به فرد دیگری که با او از طریق بی‌سیم در ارتباط است، علامت می‌دهد و او نیز اقدام به ژالون‌گذاری می‌کند.

فاصله بین تیرهای توخطی حدود 60 الی 70 متر می‌باشد.

شخصی که پیکتاژ می‌کند، لازم است تیرها را (بسته به عبوری یا انتهایی بودن) بر روی کاغذ ثبت کند.

همچنین فاصله بین تیرها را نیز یادداشت می‌کند.

در مواقعی که موانعی چون دره، رودخانه و … وجود دارد امکان عبور خط به شرح بالا نمی‌باشد و لازمست از آرایش دوبله و سوبله استفاده شود.

(بسته به فاصله مورد نیاز) و نیز در حالتهایی که خط به زاویه می‌رسد، لازمست زاویه خط برحسب درجه و با کمک دوربین مشخص و روی نقشه قید گردد.

در مسیرهای مستقیم بعد از هر 10 تیر، لازمست که یک تیر به صورت انتهایی قرار داده شود تا از فشار بر روی تیرهای قبلی جلوگیری گردد.

همچنین در زوایا لازمست از تیرهای با قدرت کششی 600 و 800 استفاده شود.

آرایش فازها نیز با توجه به طراحی می‌تواند جناقی یا افقی در نظر گرفته شود که این آرایش‌ها نیز بر اساس اجرایی تشخیص، علائم مخصوص به خود داشته و باید در کنار نقشه این علائم قید گردد.

طراحی الکتریکی خط 20kv منظور از طراحی الکتریکی، انتخاب سطح مقطع خط براساس توان انتقالی و حداکثر افت ولتاژ مجاز می‌باشد.

به عبارت دیگر یک هادی الکتریکی پس از آنکه از نظر عبوردادن جریان الکتریکی مورد نیاز یک ناحیه مورد تایید قرار گرفت، باید از نظر افت ولتاژ مجاز نیز مورد بررسی قرار گیرد.

در جدول زیر مقادیر افت ولتاژهای مجاز آورده شده است: بنابراین برای محاسبه افت ولتاژ را داده فرض می‌کنیم و مقطع هادی را محاسبه می‌نمائیم (برای مسیرهای طولانی)، و یا مقطع سیم را با توجه به شدت جریان مجاز مورد نیاز و شدت جریان مجاز هادی انتخاب می‌نمائیم و افت فشار را محاسبه می‌کنیم (برای مسیرهای کوتاه).

برای محاسبه افت ولتاژ در صورتیکه مقدار مقاومت و راکتانس مورد احتیاج باشد‌، می‌توان از راه حل زیر بهره‌ برد: مشخات بکاررفته شده در خطوط هوائی 20kv بایستی با گونه‌ای باشد که علاوه بر وسایل الکتریکی مورد نیاز استقامت مکانیکی مناسب را نیز داشته باشد و نیز در مقابل رطوبت و گازهای شیمیایی موجود در هوا مقاوم بوده و دچار خوردگی نگردد.

سیم‌های هوایی بکاررفته در سیستم‌های توزیع هوائی، اغلب از جنس آلومینیوم می‌باشند که در صفحه‌ی بعد جدول مربوط به مشخصات این هادی‌ها آورده شده است: طراحی مکانیکی خط هر خط انتقال انرژی علاوه بر داشتن مشخصات لازم برای پایداری الکتریکی باید دارای یک سری مشخصات مکانیکی نیز باشد تا در تمام شرایط هوایی، پایداری مکانیکی خود را حفظ کند.

با توجه به مشخصات پایه‌های بتونی استاندارد شده شبکه 20kv ایران که از نوع پایه‌های بتونی مقطع H شکل و گرد می‌باشند و به لحاظ قدرت کششی محدود این پایه‌ها لازم است در طراحی مقدار کششی سیم هادی نیز ضریب اطمینانی برای پایه‌های بتونی در بدترین شرایط جوی در نظر گرفته شود.

از طرف دیگر با توجه به مشخص و ثابت بودن ارتفاع پایه‌ها (به میزان 12 و حداکثر 15 متر) فاصله‌گذاری بین پایه‌ها در عوارض مختلف زمین پروفیل طولی