طراحی شبکه های توزیـع از دیدگاه بهینه سازی مصرف و بهبود کیفیت توان

طراحی شبکه های توزیـع از دیدگاه بهینه سازی مصرف و بهبود کیفیت توان

فهرست مطالب

عنوان مطالب
چکیده
مقدمه:
فصل اول :
مبانی طراحی شبکه های توزیع فشار متوسط
1-1پیکربندی شبکه
2-1شبکه توزیع فشار متوسط
ساختار شبکه توزیع
شبکه فشار متوسط زمینی:
مشخصات پست و رینگ استاندارد
4-1 شبکه رینگ باز
5-1کاهش تلفات
6-1شبکه های فشار متوسط هوایی و پست کمپکت
توضیح
7-1تجهیزات حفاظتی
8-1حفاظت جریان
رله جریان
فصل دوم :
تجهیزات شبکه های توزیع فشار متوسط
1-2 اصول ترانسفورماتورها در شبکه های توزیع
1-1-2 انواع ترانسها و ساختمان آنها
2-1-2 انواع ترانسفورماتور از لحاظ نوع سیم پیچ
3-1-2 انواع ترانسفورماتور از لحاظ عایق بندی
4-1-2 سیستم خنک کنندگی
7-1-2 نحوه اتصالات و گروه برداری
8-1-2 تب چنجر و کنترل ولتاژ
9-1-2 تعیین سطوح عایقی
10-1-2 میزان تحمل اتصال کوتاه ترانسفورماتور
11-1-2 تلفات ترانسفورماتور
12-1-2 صدا در ترانس
13-1-2روغن ترانسفورماتور
14-1-2 تستها
2- 2 ترانس های جریان و ولتاژ CT & PT))در شبکه های توزیع
1-2-2 اصطلاحات و شرایط کار ترانسفورماتورهای جریان
2-2-2 نیازها و خواستهها
3-2-2 اطلاعات مورد نیاز جهت طراحی
4-2-2 شاخصها و پارامترهای مشخص کننده طراحی
5-2-2 روش قدم به قدم طراحی
6-2-2 اصطلاحات و شرایط کار ترانسفورماتور ولتاژ
7-2-2 تعاریف و اصطلاحات
8-2-2 نیازها و خواستهها
9-2-2 اطلاعات مورد نیاز جهت طراحی
10-2-2 شاخصها و پارامترهای مشخص کننده طراحی
3-2مشخصات فنی هادی ها
1-3-2جنس سیم های هوایی
2-3-2 آلومینیوم
4-2 مشخصات فنی مقره ها
5-2 مشخصات فنی برقگیرها در شبکه های توزیع
2-5-2 اضافه ولتاژهای سیستم توزیع
3-5-2 شاخصها و پارامترهای مشخص کننده طراحی
5-5-2 مثالی از روند طراحی یک برقگیر
5-6-2 مبانی و معیارهای لازم برای طراحی و انتخاب کات اوت فیوز
1-7-2 كراس آرم چوبی
فصل سوم :
راهکار های بهینه سازی
مصرف و بهبود کیفیت
1-3 مفاهيم و تعاريف مهم
3-3 مديريت مصرف(مديريت سمت تقاضا
خازن فشارضعيف موضعي
(خازن سطح بار)
بانك خازني فشارضعيف يا
فشار متوسط
2-4-درايوهاي DC حالت جامد (نيمه‎‎هادي)
3-4-درايوهاي مكانيكي
5-4-موتورهاي دوسرعته
منابع:

چکیده :
بيشتر راهكارهاي صرفه‌جويي در مصرف انرژي و بهبود كيفيت توان در محل مصرف،‌ بدون هزينه يا كم‌هزينه هستند.
براي بسياري از صنايع و مشتركين كاهش هزينه‌هاي برق مصرفي از طريق روش‌هاي اشاره شده‌ جذابيت كافي به‌منظور اجراي آنها را ايجاد مي‌كند. اما حتي براي صنايعي كه هزينه برق مصرفي اهميت زيادي ندارد، توجه به‌ دو اثر ديگر حائز اهميت است: مصرف درست و بهينه موجب افزايش عمر تجهيزات الكتريكي و نيز كاهش دفعات خرابي و توقف آنها مي‌شود. خسارات توقف كار برخي از تجهيزات برقي حدود 100مرتبه بيشتر از هزينه برق مصرفي است.

طراحی شبکه های توزیـع از دیدگاه بهینه سازی مصرف و بهبود کیفیت توان
به‌بيان خلاصه هم از نظر كاهش هزينه‌هاي برق مصرفي و هم از نظر قابليت اطمينان بيشتر به‌ تداوم كار و عمر تجهيزات،‌ رعايت توصيه‌ها مفيد مي‌باشند.

البته راهكارهاي پرهزينه چه در زمينه بهينه‌سازي مصرف و چه در زمينه بهبود كيفيت توان،‌ بازگشت سرمايه‌ قابل قبولي حدود يك تا سه سال دارند و مشتركين دورانديش پس‌از انجام اقدامات بدون هزينه و كم هزينه، به‌تدريج راهكارهاي پرهزينه را انجام مي‌دهند. راهكارهاي پرهزينه عمدتا مرتبط با تغيير تكنولوژي يا فرايند هستند و در عين حال موجب صرفه‌جويي قابل ملاحظه‌ مي‌شوند. به‌عنوان نمونه يك موتور دائم‌كار، مي‌تواند ظرف مدت 3 تا 4ماه به اندازة قيمت خود، انرژي الكتريكي مصرف مي‌كند. ازاين‌رو بازگشت هزينه جايگزيني آن با موتوري كه 10% راندمان بهتر داشته باشد، كمتر از 3 سال بوده، پس‌از آن سود جايگزيني نصيب مشترك مي‌شود. همچنين بازگشت سرمايه‌ نصب برخي از فيلترهاي هارمونيك‌‌ها حدود 2 سال مي‌باشد.
خوشبختانه با كاهش تدريجي بهاي تجهيزات بهينه‌سازي مصرف، در كنار افزايش قيمت انرژي و افزايش حساسيت تداوم تامين برق، اجراي راهكارهاي پرهزينه هر سال ارزان‌تر و توجيه اقتصادي آنها بيشتر مي‌شود.

مقدمه:
وابستگی فزاینده جوامع امروزی به انرژی الکتریکی، لزوم دستیابی به سطح قابل قبولی از قابلیت اطمینان،کیفیت توان و ایمنی را دارای اهمیت بیشتری می کند.بهایی که مشترکین برای انرژی الکتریکی می پردازند توسط هزینه های مربوط به بخش های تولید،انتقال و توزیع تعیین می شود.در مورد مشترکین بزرگ با دیماند انرژی بالا، تعرفه های انرژی الکتریکی، مولفه اساسی در هزینه های کلی آنهاست، به گونه ای که این تعرفه در تصمیم گیری در مورد استفاده از انرژی الکتریکی و یا شکل دیگری از انرژی بسیار موثر می باشد.

طراحی شبکه های توزیـع از دیدگاه بهینه سازی مصرف و بهبود کیفیت توان
در عمل تمامی مشترکین، قابلیت اطمینان منبع تغذیه الکتریکی را برای خود امری با اهمیت زیاد می دانند به این دلیل که بر جنبه های مختلف زندگی و کار آنها تاثیر گذار می باشند. ولی شرکت های برق آگاهند که از نظر فنی و اقتصادی دستیابی به چنین هدفی غیر ممکن است.
در تاسیسات الکتریکی مانند نیروگاه ها،پست های برق،شبکه های انتقال انرژی و تجهیزات الکتریکی مرتبط،در اثر کاهش استقامت دی الکتریکی و یا شکست عایقی،ضعف استقامت الکتریکی و مکانیکی در مقابل ضربات پیش بینی نشده و یا در اثر افزایش غیر مجاز درجه حرارت و یا حوادث و اتفاقات پیش بینی نشده،اشکالاتی پدید می آیند که اغلب باعث قطع انرژی الکتریکی می شوند. خطاها ممکن است بصورت اتصال کوتاه فازها و یا اتصال فاز به زمین،پارگی هادی ها و یا شکست عایقی و غیره ظاهر شوند.
تجهیزاتی که چنین اشکالاتی پیدا می کنند باید در همان محدوده بروز اشکال بلافاصله از شبکه ای که آن را تغذیه می کند جدا شوند تا از گسترش خطا و از کار افتادن بقیه بخش های سالم شبکه جلوگیری شود.
با وجود پیشرفت های چشم گیری که نصیب صنعت برق شده است، جلوگیری از بروز خطا و اتصالی در شبکه برق تقریباً امری است محال،با این همه خواسته مصرف کننده برق،انتقال و توزیع و برقراری مطمئن و بدون وقفه انرژی است. بعبارت دیگر شبکه های برق باید طوری طراحی شوند که در ضمن سادگی از پایداری قابل قبول و تا حد امکان مطمئنی برخوردار باشند.
قابلیت اطمینان یک عامل ضروری در ارتباط با کیفیت برق رسانی است.عوامل اصلی جهت قضاوت در مورد قابلیت اطمینان برق رسانی به مشترکین،تناوب قطعی ها،دورۀ زمانی هر قطعی و ارزشی که یک مشترک انرژی الکتریکی در هنگام فراهم نبودن آن در نظر می گیرد را شامل می شود.

فصل اول :
مبانی طراحی شبکه های توزیع فشار متوسط

1-1پیکربندی شبکه
انرژی تولید شده در نیروگاه ها از طریق شبکه و پستهای فوق توزیع به نقاط توزیع انتقال می یابند.پست های کاهنده HV/MV از شبکه های HV تغذیه شده تا شبکه

طراحی شبکه های توزیـع از دیدگاه بهینه سازی مصرف و بهبود کیفیت توان

های مجزای فشار متوسط را تغذیه نمایند. انرژی الکتریکی مورد نیاز مشترکین بزرگ مانند صنایع فولاد،پالایشگاه هاو……..به صورت مستقیم از طریق شبکه های HV و یا MV تامین می شوند.
همانطور که در دیاگرام 1 نشان داده شده است، برق بخش عمده مشترکین در سطح فشار ضعیف و از طریق پست های توزیع MV/LV و شبکه های فشار ضعیف تامین می شوند.
دیاگرام 1 شمای کلی ارتباط نیروگاه و شبکه های مختلف تا نقاط توزیع و مصرف را نشان می دهد.

شکل 1-1

2-1شبکه توزیع فشار متوسط
هدف از برپایی شبکه های فشار متوسط،انتقال انرژی الکتریکی از پست های کاهنده HV/MV به مصرف کننده های بزرگ(بطور معمول بالاتر از 250 کیلو ولت آمپر) و یا پس از تبدیل به سطح فشار ضعیف به مصرف کننده های کوچکتر و خانگی می باشند.

طراحی شبکه های توزیـع از دیدگاه بهینه سازی مصرف و بهبود کیفیت توان
فلسفه طراحی سیستم های توزیع باید متناسب با شرایط اجتماعی و اقتصادی محلی باشد،به ویژه بسیار مهم است که یک سازمان مهندسی مرکزی، مناسب ترین روش ها را برای شرایط مختلف کشورتدوین نماید.در هر صورت این امکان برای مهندسین طراح وجود دارد که مناسب ترین تکنولوژی را در انتخاب تجهیزات و کاربرد حفاظت،اتوماسیون و کنترل از راه دور را مورد استفاده قرار دهند.این امر مزایای قابل ملاحظه ای برای نواحی دارای جمعیت پراکنده و با فواصل دور و اغلب با دسترسی مشکل و همچنین مراکز پر تراکم شهری و نقاط حساس را دارا می باشد.
انتخاب ساختار نحوه انتقال انرژی الکتریکی (هوایی و یا زمینی) وابستگی به شرایط محیط و منطقه و ملاحظات فنی – اقتصادی دارد.
در مناطق برون شهری معمولا از خطوط هوایی با هادی های لخت(ویا عایق دار) MV و LV استفاده قرار می گیرند.
ترانسفورماتورهای نصب شده برروی تیرها با ارتباط های سیم لخت هوایی(بطور معمول تا قدرت315kva)،پست های توزیع برون شهری را تشکیل می دهند،ولی در نواحی شهری پست های فشارقوی متوسط (ساختمانی و یا کیوسک)با کابل های زمینی تغذیه می شوند که قدرت آنها عموماً در محدوه 250 تا 2000 کیلو ولت آمپر می باشد.
نوع خطاهای هر شبکه،تناوب و طول زمان خاموشی به نوع سیستم توزیع و ساختار آن بستگی دارد.
خطاها به دو صورت گذرا و یا دائم می باشند.
طول زمان خطاهای گذرا در محدوده چند صد میلی ثانیه تا چند ثانیه می باشند و بستگی به زمان وصل مجدد کلید ارتباط(ریکلوزر) خواهند داشت،ولی در حالت خطای دائم تا رفع اشکال و برقراری مجدد جریان برق،زمان خاموشی از چند دقیقه تا چندین ساعت ادامه خواهد داشت.

طراحی شبکه های توزیـع از دیدگاه بهینه سازی مصرف و بهبود کیفیت توان
در شبکه های هوایی 80 تا 90 در صد خطاها بصورت لحظه ای و گذرا هستند که عمدتاً شامل برخورد درخت ها به سیم و یا نشست و بر خاست پرندگان و یا رعد و برق و طوفان می باشند،که می توان با استفاده از تجهیزات مناسب،انتقال انرژی را مجدداً و به سرعت و به صورت اتوماتیک برقرار نمود.
فقط 10 در صد از خطاها بطور دائم هستند(مانند پارگی سیم ها)که به زمان طولانی تری برای رفع آنها نیاز خواهد بود.
در شبکه های زمینی بر خلاف شبکه های هوایی تقریباً صد در صد خطاها(اغلب بصورت اتصال فاز به زمین و اتصال فازها)بطور دائم هستند که در زمان عیب یابی وبر طرف کردن آن ها نیز طولانی خواهد بود.
برای کاهش زمان خاموشی و هم چنین کاهش زمان انرژی توزیع نشده، بازنگری در پیکربندی شبکه و همچنین استفاده از تجهیزات مناسب و پیشرفته بدون نیاز به تعمیر و نگهداری (maintenance-free)و یا حداقل تعمیر و نگهداری از عوامل اساسی می باشند.استفاده از تجهیزات حفاظتی پیشرفته و سیستم اتوماسیون و کنترل از راه دور مجهز به تکنولوژی دیجیتال و همچنین بکارگیری سیستم های مخابراتی دریافت و ارسال اطلاعات و فرمان از دور،از دیگر عوامل موثر در کاهش خاموشی ها خواهند بود.
پر واضح است، استفاده از تجهیزات پیشرفته نیاز به آموزش و بکارگیری افراد آشنا به دانش و تکنولوژی نوین خواهد داشت.

ساختار شبکه توزیع
منظورازساختارمجموعه ای ازطرح کلی شبکه(layout)،حفاظت(protection)و نحوه راهبری(operation) آن می باشد.

شکل2-1
طرح کلی و آرایش شبکه های توزیع فشار متوسط بصورت های مختلف می باشند،که عمده آنها در دیاگرام های ذیل نشان داده شده اند.
شبکه فشار متوسط زمینی:

متداول ترین شبکه های مورد استفاده شبکه شعاعی یا آنتن و رینگ باز می باشند.

-شبکه شعاعی فقط یک نقطه شروع تغذیه دارد،ولی شبکه رینگ باز دارای دو نقطه تغذیه می باشد.

طراحی شبکه های توزیـع از دیدگاه بهینه سازی مصرف و بهبود کیفیت توان
تقریبا تمامی شبکه های فشار متوسط به صورن شعاعی مورد بهره برداری قرار می گیرند.

-در شبکه های شعاعی تجهیزات و روش های حفاظتی ساده تر بوده،در ضمن اینکه سطح اتصال کوتاه شبکه نیز پائین تر از سطح خطا در شبکه های بهم پیوسته می باشد.

-در روش رینگ باز هر کدام از پست های توزیع(و نهایتاَ هر یک از مصرف کننده ها)امکان تغذیه از دو مسیر را دارند.در نتیجه با این روش میتوان ضمن بالابردن درجه اطمینان شبکه زمان خاموشی را نیز کاهش داد.روش رینگ باز بطور معمول برای شبکه های زمینی استفاده میشود،ولی می توان برای شبکه های هوائی و یا ترکیب شبکه هوائی و زمینی نیز از این روش استفاده نمود.

در شبکه های موجود زمینی ایران بطور معمول برای ارتباط کابل های ورودی(main)و خروجی(ring)پست ها از دو سکسیونر قابل قطع زیر بار استفاده می شود.در صورت بروز خطا در کابل های ارتباطی،در بیشتر مواقع حفاظت دژنگتور خروجی 20کیلو ولت پست 63 کیلوولت خطا را احساس و جریان برق از پست فوق توزیع قطع می شود.در این وضعیت مامورین مانور با روش سعی و خطا و با باز و بسته نمودن چندین سکسیونر در پست های مختلف(ویا از طریق پیام های دریافتی از مشترکین بی برق)،بخش خطا دار را با زمان طولانی خاموشی از شبکه جدا می نمایند.

برای کمک به رفع این مشکل می توان بجای استفاده از سکسیونر در خروجی هر پست،از دژنگتور و حفاظت ثانویه برای حفاظت کابل های خروجی پست ها استفاده نمود،تا ضم جلوگیری از خاموشی تمام مسیر،و پیش گیری از انتقال خطا به فیدر خروجی 20کیلوولت پست فوق توزیع (kv20/63)،زمان کشف و جدا نمودن خطا و خاموشی را نیز به حداقل کاهش داد.

مشخصات پست و رینگ استاندارد
برای حفاظت و دستیابی به حداقل خاموشی در یک شبکه رینگ20 کیلوولت، آرایش ذیل برای هر یک از پست هاپیشنهاد می شود.

شکل3-1

همانطور که در دیاگرام بالا مشاهده می شود ورودی(MAIN)پست ها به یک دستگاه سکسیونر قابل قطع زیر بار و خروجی(RING)به پست بعدی به دژنگتور و

طراحی شبکه های توزیـع از دیدگاه بهینه سازی مصرف و بهبود کیفیت توان

حفاظت ثانویه مجهز شده است.
رله ثانویه هر گونه خطای اتصال کوتاه بین فازها و یا خطای فاز به زمین را مشاهده و کلید خروجی تغذیه به پست بعدی را قطع می نماید،که در نتیجه از سرایت خطا به پست ماقبل و خاموشی تمام مسیر رینگ جلوگیری می کند.حفاظت ترانسفورماتور توزیع در برابر اضافه بار و یا اتصال کوتاه فازها و یا اتصال فاز به زمین نیز،به همین نحو انجام می گیرد.
توضیح:در صورت حفاظت ترانسفورماتور با رله ثانویه،می توان بجای کلید اتوماتیک ورودی تابلو فشار ضعیف از کلید جدا کننده قابل قطع زیر بار بدون محدود کننده و حفاظت جریان استفاده نمود.

-برای اقتصادی کردن طرح پیشنهادی پست و رینگ استاندارد،برای پست های توزیع تا ظرفیت 1000 کیلو ولت آمپر،می توان بجای دژنگتور و رله ثانویه برای حفاظت ترانسفورماتور از سکسیونر قابل قطع زیر بار فیوز دار بهمراه تریپ کویل(برای در یافت فرمان قطع کلید از رله حرارتی ترانسفورماتور در برابر اضافه بار غیر مجاز و طولانی و افزایش درجه حرارت آن)مطابق دیاگرام شماره 4 استفاده نمود.

شکل4-1

دیاگرام شماره 5 طرح یک شبکه رینگ باز 20 کیلو ولت کابل زمینی ایده ال را نمایش می دهد.همانطور که در طرح مشاهده می شود در صورت بروز خطا،بطور مثال به کلید در کابل ارتباطی بین پستهای TR4،TR5رله ثانویه دژنگتور CB4 خطا را مشاهده و فرمان قطع به کلید مذکور را صادر خواهد نمود،در نتیجه فقط پست های پائین دست TR5 ، TR6بدون برق خواهند شد.

طراحی شبکه های توزیـع از دیدگاه بهینه سازی مصرف و بهبود کیفیت توان

در صورت جدا نمودن سکسیونر LBS5 و وصل سکسیونررینگ، مجدداً کلیه پست ها برق دار خواهند شد و زمان کافی برای عیب و اصلاح کابل وجود خواهد داشت.واضح است که زمان و گستردگی خاموشی با این روش حداقل خواهد بود.

با این روش ضمن ایجاد زمان بندی مناسب و SELECTIVITYدر کل مسیر و جلوگیری از انتقال خطا به پست فوق توزیع و قطع و وصل مکرر کلید 20 کیلو ولت خروجی پست فوق توزیع و خاموشی ها تمام مسیر،از کاهش طول عمر کلید مزبور نیز جلوگیری بعمل خواهد آمد.

توضیح : دژنگتورهای خروجی 20کیلوولت پست های فوق توزیع(63 و 132کیلو ولت)معمولاً با قدرت قطع 25 کیلو آمپر،با استقامت حرارتی و نیروهای دینامیکی اتصال کوتاه،به مدت 3 ثانیه می باشند.به این دلیل می توان با تنظیم زمان رله حفاظتی کلید مذکور در حد یک ثانیه،امکان زمان بندی منطقی برای پست های پایین دست و در نتیجه SELECTIVITY رابوجود اورد و از انتقال خطا به پست فوق توزیع جلوگیری کرد.
از پست های مسیر رینگ پیشنهادی (دیاگرام)می توان بعنوان پست های مادر کلید زنی (SWITCHING STATION) برای مدیریت پست های پائین دست شعاعی استفاده نمود.

در این روش نیز دژنگتورهای خروجی پست کلید زنی برای تغذیه مسیر شعاعی، مجهز به حفاظت ثانویه خواهند بود . در نتیجه هنگام بروز خطا در مسیر شعاعی،با قطع شدن دژنگتور تغذیه مسیر
طراحی شبکه های توزیـع از دیدگاه بهینه سازی مصرف و بهبود کیفیت توان

پسورد فایل: www.bazaarfile.ir

مطالعه بیشتر