آشنایی با انواع سیستم های توزیع انرژی

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، اگرچه یک شبکه نمونه برای تمام سیستم‌های قدرت وجود ندارد، شکل (۱) یک نمودار شامل چندین قسمت را که معمولاً در یک سیستم قدرت یافت می‌شوند نشان می‌دهد. در اینجا ما توجه خود را به المان‌هایی که در شبکه توزیع وجود دارند معطوف می‌کنیم. اگرچه انرژی الکتریکی در نیروگاه تولید می‌شود و به طرف مصرف کننده جریان می‌یابد.


شکل (۱) نمودار سیستم قدرت به همراه قسمت‌های مختلف عملیاتی


انرژی الکتریکی تحت ولتاژ نامی مصرف که معمولاً بین ۲۴۰-۲۲۰ ولت (در آمریکا ۱۲۵-۱۱۰ ولت) است، مصرف می‌شود. انرژی الکتریکی از یک وسیله اندازه گیری عبور می‌کند تا مقدار مصرف ثبت و ضبط شود. از این اطلاعات علاوه بر تعیین مقدار انرژی فروخته شده می‌توان در طراحی و پیش بینی بار و برنامه عملیاتی استفاده کرد. وسایل اندازه گیری (کنتور) معمولاً شامل یک وسیله قطع کننده می‌باشند که در مواقع لزوم مصرف کننده را از تغذیه کننده قطع می‌کنند.

قسمتی از سیستم توزیع که انرژی الکتریکی را از شبکه ثانویه توزیع به وسایل اندازه گیری مصرف کننده منتقل می‌کند سرویس دهنده به مصرف کننده نامیده می‌شود.

در شکل (۱) چندین مصرف کننده به یک شبکه ثانویه اصلی (شبکه فشار معین) متصل شده اند. شبکه ثانویه اصلی در واقع یک مسیر از ترانسفورماتور‌های توزیع به چندین مصرف کننده می‌باشد. در ترانسفورماتور‌های توزیع، ولتاژ انرژی تحویلی تا سطح ولتاژ مصرف کاهش داده می‌شود. ولتاژ اولیه ترانسفورماتور توزیع در محدوده kv ۲/۲-۴۶ قرار دارد.

ترانسفورماتور توسط فیوز‌هایی در سمت فشار قوی در مقابل اضافه جریان یا خطا حفاظت می‌شود، علاوه بر این معمولاً در سمت فشار ضعیف ترانسفورماتور یک کلید وجود دارد. این وسایل حفاظتی در مواقع خطا یا اضافه جریان ترانسفورماتور را از شبکه قطع می‌کنند.

اگر کلیدی در سمت ثانویه یا فشار ضعیف وجود داشته باشد، تنها هنگامی که خطا با اضافه جریان در سیستم ثانویه اصلی و یا در مصرف کننده رخ دهد عمل می‌کند. اگر خطا در خود ترانسفورماتور رخ دهد، تنها فیوز‌های طرف اولیه (فشار قوی) عمل می‌نمایند. اگر ترانسفورماتور در شبکه هوایی نصب شده باشد، توسط برقگیر آن را در مقابل صاعقه و ولتاژ‌های ضربه خط حفاظت می‌کنند.

برقگیر، ولتاژ ضربه نسبت به زمین را قبل از این که بتواند به ترانسفورماتور صدمه بزند کاهش می‌دهد. سیستم اصلی سه فاز ممکن است شامل چندین شاخه سه فاز متصل به هم توسط کلید‌های تقسیم بندی خط باشد. بعضی از این شاخه‌ها ممکن است از چندین شاخه تکفاز متصل به هم تشکیل شده باشند. در محل‌هایی که خطوط هوایی بعلت محدودیت‌های مکانی بدون ترانسفورماتور توزیع برپا می‌شوند، به منظور حفاظت خطوط بر روی آن‌ها برقگیر نصب می‌گردد.

در بعضی موارد شاخه‌های سه فاز از طریق یک مدار باز-بسته به سیستم سه فاز اصلی متصل می‌شوند. اگر در شاخه‌ای خطا رخ دهد کلید فوق، آن شاخه را از سیستم قطع می‌کند. کلید باز-بست بعد از چند لحظه، قبل از آن که بطور دائم باز شود برای یک یا چند بار وصل و قطع می‌شود. این کار بدین علت انجام می‌گیرد که اگر خطا موقتی باشد (مانند افتادن شاخه درخت بر روی خط که بعد از ایجاد جرقه می‌سوزد و از بین می‌رود) موجب قطع شدن مصرف کننده از سیستم نمی‌شود.

شاخه اصلی سه فاز از یک پست توزیع منشعب و از یک باس در پست تغذیه می‌گردد. سه فاز اصلی معمولاً تغذیه کننده یا فیدر نامیده می‌شود. هر فیدر به یک باس متصل است و وسایل حفاظتی مانند کلید و رگولاتور ولتاژ بر روی آن‌ها نصب می‌شود. رگولاتور ولتاژ، ولتاژ خروجی را متناسب با تغییرات بار در یک محدوده تعیین شده ثابت نگه می‌دارد. در بعضی موارد رگولاتور ولتاژ در پست نصب می‌شود که در این صورت ولتاژ در باس پست تنظیم می‌شود.

در مواقعی که خطا در فیدر رخ می‌دهد، کلید برای جلوگیری از اضافه جریان، فیدر را از باس قطع می‌کند باس بار در پست توزیع معمولاً چندین فیدر توزیع را تغذیه و مجموع جریان آن‌ها را تحمل می‌نماید. باس بار فوق توسط یک یا چند ترانسفورماتور تغذیه می‌شود و هر ترانسفورماتور با یک کلید حفاظت می‌گردد. این پست‌های ترانسفورماتوری، ولتاژ خطوطی را که این پست‌ها را تغذیه می‌کنند کاهش می‌دهند. این خطوط را سیستم زیر انتقال یا فوق توزیع می‌نامند. این سیستم معمولاً تحت ولتاژ kV ۲۳-۱۳۸ کار می‌کند.

سیستم فوق توزیع، چندین پست اصلی توزیع را تغذیه می‌کند و در واقع بصورت فیدر ارتباطی بین پست‌های توزیع و یا انتقال عمل می‌نماید. در بعضی موارد مصرف کننده‌های بزرگ مانند کارخانجات صنعتی و مصرف کننده‌های تجاری با بار بزرگ، مستقیماً از طریق یک دژنکتور از سیستم فوق توزیع تغذیه می‌شوند.

پست‌های انتقال مانند پست‌های توزیع هستند با این تفاوت که انرژی بیشتری را تأمین می‌کنند و ولتاژ خطوط انتقال را تا سطح ولتاژ خطوط فوق توزیع کاهش می‌دهند. سیستم‌های انتقال تحت ولتاژ kV ۶۹–۷۵۰ کار می‌کنند.

خطوط انتقال منشعب از یک پست مرتبط با نیروگاه، همانند پست انتقال می‌باشند با این تفاوت که آن‌ها ولتاژ انرژی تولید شده توسط ژنراتور را تا سطح ولتاژ انتقال افزایش می‌دهند. ولتاژ ژنراتور‌ها به علت محدودیت‌های عایقی در حدود چند هزار ولت است. در این پست ترانسفورماتور و باس بار توسط وسایل حفاظتی مثل کلید و برقگیر حفاظت می‌شوند.

در تمام سیستم قدرت که در بالا توضیح داده شد سطح مقطع هادی‌ها به اندازه کافی بزرگ هستند تا تلفات انرژی به حداقل برسد. بعلاوه خازن و رگولاتور ولتاژ در نقاط مهم شبکه توزیع نصب می‌شوند تا افت ولتاژ و تلفات شبکه در محدوده قابل قبول باقی بمانند.

در بسیاری از سیستم‌های توزیع، تعدادی از المان‌های بین تولید و مصرف مورد نیاز نیستند و در مناطقی مانند یک شهر کوچک که توسط یک نیروگاه واقع در نزدیکی آن تغذیه می‌شود، ممکن است فیدر‌های توزیع مستقیماً از پست نیروگاهی خارج شوند و بقیه المان‌ها حذف گردد.

در مناطقی که چگالی بار بالاست و باید قابلیت اطمینان سیستم بالا باشد، سیستم توزیع بسیار پیچیده و پر هزینه می‌شود. چندین سیستم ثانویه اصلی بصورت حلقه یا شبکه به هم متصل می‌گردند. ترانسفورماتور‌هایی که این سیستم‌های ثانویه اصلی با شبکه ثانویه را تغذیه می‌کنند، از چندین فیدر اولیه مختلف تغذیه می‌شوند.


شکل (۲) سیستم قدرت ساده شده



در مواقعی که یک یا تعداد بیشتری از این فیدر‌ها از حوزه سرویس دهی خارج می‌گردند شبکه ثانویه از فیدر‌های باقیمانده تغذیه شده سرویس دهی به مصرف کننده قطع نمی‌شود.

برای جلوگیری از برگشت جریان از شبکه ثانویه (از طریق ترانسفورماتور‌ها به فیدر‌های خارج از سرویس)، کلید‌های اتوماتیک که حفاظت کننده‌های شبکه نامیده می‌شوند، بین ثانویه ترانسفورماتور‌ها و شبکه سیستم ثانویه قرار می‌گیرند. این کلید‌ها هنگامی که جهت جریان معکوس می‌گردد بطور اتوماتیک باز می‌شوند.

بطور کلی سیستم‌های توزیع شامل پست‌های توزیع، فیدر‌های اولیه (فشار قوی) ترانسفورماتورها، فیدر‌های سیستم ثانویه اصلی (فشار ضعیف)، مصرف کننده‌ها و وسایل حفاظتی می‌باشند.

 

منبع:الیکاالکتریک