دانلود گزارش کارآموزی آشنایی کلی با سیستم قدرت الکتریکی

سیستم قدرت الکتریکی .
تاریخچه
فکر استفاده از منابع انرژی موجود در طبیعت در راه انجام مقاصد، از روزگاران نخست با بشر همراه بوده است.

در ابتدا تنها انرژی قابل استفاده صرفا نیروی بدنی بود که این قدرت را در تمدن های پیشرفته به وسیله اهرم ها و قرقره ها به صورتهای مختلف تبدیل می نمودند.

اولین منابع انرژی خارجی که شناخته شد، استفاده از قدرت حیوانات و آب و باد بود که به منظور حمل بار، آماده ساختن زمین و کار انداختن آسیاب ها به کار گرفته می شدند.
تحول بزرگ در استفاده از منابع انرژی در حقیقت از زمان شناختن قدرت بخار آب توسط « جیمز وات» آغازشد که با ساختن ماشین بخار توانست برای بشر عصر جدیدی را آغاز نماید.

از این پس سیر تکاملی استفاده از منابع انرژی طبیعت به سرعت صورت گرفت.

به طوری که در حال حاضر با استفاده از توربین های آبی و بکاربردن قدرت اتمی در نیروگاههای هسته ای، مسئله تبدیل قدرتهای عظیم تا حدود زیادی حل شده است.
پس از شناخت منابع انرژی و تولید قدرت، موضوع قابل استفاده بودن و سهولت بکارگیری این انرژی پیش می آید.
برای اینکه انرژی تولید شده مفید واقع شود باید دارای خصوصیاتی باشد که عبارتند از:
قابلیت انتقال آسان.
راندمان انتقال بالا.
سهولت بکارگیری عمومی.

قابلیت کنترل توسط مصرف کننده .
قابلیت تبدیل به صورت های مختلف انرژی.
ویژگی هایی که ذکر شد در انرژی الکتریکی بیش از سایر انرژی ها جمع می باشد چراکه مثلا اگر انرژی مکانیکی را در نظر بگیریم، انتقال آن حتی به فاصله چند صد متر احتیاج به تجهیزات فوق العاده زیادی دارد و علاوه بر این راندمان انتقال آن نیز مناسب نمی باشد.

در مرحله بعدی توزیع و کنترل آن برای مصرف کننده و تبدیل آن به صورت‌های دیگر انرژی به صورت مستقیم بی نهایت مشکل و حتی در مواردی غیر علمی است.

ویژگی هایی که ذکر شد در انرژی الکتریکی بیش از سایر انرژی ها جمع می باشد چراکه مثلا اگر انرژی مکانیکی را در نظر بگیریم، انتقال آن حتی به فاصله چند صد متر احتیاج به تجهیزات فوق العاده زیادی دارد و علاوه بر این راندمان انتقال آن نیز مناسب نمی باشد.

در صورتی که انرژی الکتریکی با وجود پیشرفتهایی که در این فن حاصل شده کلیه ویژگی‌های لازم را دارا می باشد.

کنترل آن توسط مصرف کننده صرفا به وسیله چند کلید امکان پذیر بوده و تبدیل آن به انواع انرژی ها از قبیل مکانیکی، نورانی، حرارتی، شیمیایی و ...

با لوازمی که ساخته شده در کمال سادگی و سهولت انجام می گیرد.

بالاتر این که در محل مصرف دارای هیچ گونه آلودگی محیطی نیست.

با عنایت به ویژگی هایی که از انرژی الکترکی شناخته شد، فکر تولید و توزیع انرژی به صورت انرژی الکتریکی تقویت گردید تا این که انرژی الکتریکی اول بار به صورت جریان دائم تولید و توزیع شد و اولین خط انتقال مربوط به آن در سال 1882 توسط «اسکار میلر» و « مارلن دیرز» بین مونیخ و میر باخ کشیده شد.

مهمترین اشکالی که در تولید و توزیع انرژی الکتریکی به صورت جریان دائم به چشم می خورد، دشواری تبدیل ولتاژ در این سیستم بود، چون برای مصرف کننده احتیاج به ولتاژ محدودی بود و از این جهت خطوط انتقال و توزیع نیز نباید در این ولتاژ کار می کردند و از این نظر تلفات قدرت سیستم زیاد بود،به خصوص وقتی که تقاضای قدرت الکتریکی در منطقه ای افزایش می یافت.

در ولتاژ انتقال و توزیع محدود جریان دائم، دامنه جریان زیاد می گشت و این امر باعث افزایش مجذوری تلفات قدرت و در نتیجه پایین آمدن بازده سیستم می شد.

برای رفع این نقیصه با توجه به رابطه افت قدرت 2p = R.I یا بایستی سطح مقطع خطوط را قطورتر انتخاب می نمودند که خود باعث قوی تر شدن دکل ها، بست های مکانیکی ودر نتیجه غیر اقتصادی تر شدن سیستم می شد یا این که به نحوی بایستی دامنه جریان انتقالی را کاهش می دادند که این امر در جریان دائم با افزایش دامنه ولتاژ در توان ثابت انتقال امکان پذیر نبود.

پس بنا به دلایل فوق این سیستم توزیع و انتقال انرژی در مسافتهای طولانی و مقادیر توان عظیم با مشکل مواجه شد و کارآیی خود را از دست داد.

با مطرح شدن ماشین های جریان متناوب سینوسی که از نظر ساختمان و نحوه ساخت، نسبت به ماشین های جریان دائم ساده تر بودند و با عنایت به این امر که تغییر سطح ولتاژ در سیستم جریان متناوب به سهولت انجام می پذیرد، برای تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی از سیستم تک فاز جریان متناوب سینوسی به جای جریان دائم استفاده گردید.

علت انتخاب شک موج سینوسی علاوه بر سادگی تولید آن، ثابت ماندن شکل آن در تبدیل ولتاژ توسط ترانسفورماتورها بود، زیرا در غیر این صورت شکل موجی جریانی که در محل های مختلف در اختیار مصرف کننده ها قرار می گرفت متفاوت می شد و اشکالات زیادی در استفاده از انرژی الکتریکی پدید می آمد.

اما ایده آل نبودن سیستم تک فازه در بهینه کردن ماشین های تولید و تبدیل کننده انرژی الکتریکی و به ویژه عدم توانایی مطلوب آنها در ایجاد میدان دوار و ساده کردن تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی، باعث به وجود آمدن مشکلاتی در بهره برداری ازاین سیستم گردید .

زمانی که «نیکلاتسلا» در سال 1888 مقاله ای راجع به سیستم تک فازه آشکار گشت.

به وجود آمدن سیستم دوفاز محققین را بر آن داشت که راجع به سیستم های چند فازه به طور کلی تحقق نمایند و تعداد فازهای سیستم بهینه را بدست آوردند.

نیتجه این تحقیقات به تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی به صورت سه فاز منجر گردید.

از این رو پس از سال 1891 که اولین خط انتقال سه فاز فرانکفورت و لاوفن نصب شد، توسعه سیستم های قدرت سه فاز رو به فزونی گذاشت و تا کنون نیز اساس تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی بر روی سیستم های سه فازه استوار است.

از مزایای این سیستم، بهینه شدن دستگاه های تولید و تبدیل انرژی با این روش و ثابت بودن قدرت لحظه ای مجموع سه فاز نسبت به زمان است.

این امر تولید گشتاور ثابت در روی محور موتورها و نیاز به گشتاور ثابت برای ژنراتورها را باعث شد.

علاوه بر این، سیستم انتقال و توزیع انرژی سه فاز دارای بازده بالاتری نسبت به سیستم انتقال و توزیع تک فاز است.

تولید و مصرف انرژی الکتریکی بعد از آن که ویژگیهای انرژی الکتریکی شناخته شد، واحدهای کوچک عهده دار تولید و توزیع انرژی الکتریکی گردیدند.

پیشرفت سریع در ساختن دستگاه های الکتریکی احتیاجات بشری را مرتفع می ساخت و مصرف انرژی الکتریکی را با نرخ زیادی روز افزون می نمود.

زیاد شدن مصرف انرژی الکتریکی، وابستگی زیاد احتیاجات روزمره را به انرژی الکتریکی موجب گردید و به همین دلیل ضرورت تامین پایداری شبکه احساس شد.

بدین ترتیب تولید انرژی به صورت کوچک و واحدهای منفرد مطرود و واحدهای بزرگ تولید انرژی با یکدیگر برای تامین برق مصرف کنندگان مرتبط گردیدند و از آن رو شبکه های به هم پیوسته به وجود آمدند.

عامل دیگری که در تسریع این امر کمک نمود هم زمان نبودن پیک مصرف نیروگاه های مختلف در مکان های مختلف و در نتیجه امکان کمک کردن نیروگاه ها به یکدیگر در تولید انرژی شبکه بود و در نتیجه بازده اقتصادی بالاتر و هزینه تولید انرژی الکتریکی را پایین می آورد.

مساله ای که ایجاد شبکه های انتقال هم پیوسته قدرت را باعث شد، علاوه بر عوامل فوق متمرکز نبودن مناطق مصرف و منابع انرژی بود.

البته در این مورد از انرژی آب آبشارها و سدها می توان بدون هیچ گونه بحث و توضیح اضافی نام برد.

لیکن در مورد نیروگاه های حرارتی چون انتقال سوخت به خصوص سوختهای مایع از طریق لوله ها باانتقال انرژی الکتریکی انجام می شود که طی این محاسبات با توجه به نزدیکی به مرکز باز، هزینه سوخت، هزینه تلفات و مسائل زیست محیطی بهترین محل برای نیروگاه انتخاب می شود.

به طور کلی برای تامین برق در حال حاضر معمولا از سه رده شبکه استفاده می‌شود، رده اول، شبکه های انتقال که دارای ولتاژهای بیش از 132 کیلو وات و به منظور انتقال قدرت های بزرگ در فواصل زیاد به کار می رود.

رده دوم، شبکه های فوق توزیع، که ارتباط بین پست ها و نیروگاه های داخل یک منطقه محدود را از نظر تامین انرژی بر عهده دارند و دارای ولتاژی بین ولتاژ شبکه انتقال و شبکه توزیع انرژی می باشند.

گاهی موارد به شبکه های فوق توزیع، شبکه زیر انتقال نیز اطلاق می شود.

رده سوم، شبکه توزیع که صرفا مصرف کننده ها به آن وصل می گردند و ولتاژ این شبکه برای مصرف کننده های کوچک در ایران ‌‌[V] 380 و برای مصرف کننده های بزرگ [KV]20 می‌باشد.

به طور کلی استانداری که برای ولتاژ شبکه های مختلف در ایران انتخاب شده عبارتست از : [V]380 ، [KV] 20 ،[KV] 63 ،[KV] 132 ،[KV] 330 و [KV] 400 .

وظیفه شبکه الکتریکی یک شبکه الکتریکی خوب باید بتواند قدرت مصرفی مورد نیاز مصرف کننده را تحت ولتاژ ثابت و فرکانس ثابت تحویل دهد.

لیکن در عمل ثابت نگهداشتن فرکانس عملی نمی گردد و همیشه در عمل فرکانس که مشخص کننده، تعادل بین تولید و مصرف شبکه است دارای تغییراتی برابر 5/0 % می باشد.

دلیل این تغییرات مداوم فرکانس، وجود تغییرات آنی و پیوسته در مصرف کنندگان است که به طور لحظه ای و به دلخواه از شبکه قطع و یا به آن متصل می شوند.

در مورد ولتاژ هم باید گفت که ثابت نگهداشتن آن در اثر تغییر مصرف و در نتیجه تغییر افت ولتاژ غیر عملی است و همواره دستگاه های الکتریکی باید به طریقی ساخته شوند که با تغییرات 5% ولتاژ نامی نیز بتوانند به کار خود ادامه دهند.از این نظر در این زمینه برای شبکه هایی که مصرف کننده ای بدان متصل می گردد، برای ولتاژ تغییراتی تا محدوده فوق را مجاز می دانند.

انتقال و توزیع انرژی الکتریکی صورت های مختلف انرژی در زندگی اجتماعی و اقتصادی جوامع بشری نقش مهمی ایفا می کنند، و این امر با رشد جمعیت جوامع و بالا رفتن سطح زندگی مردم سالانه افزایش قابل توجهی دارد و مصرف انرژی به صورت عمده در شکلهای مکانیکی، نورانی و حرارتی انجام می پذیرد.

معمولا انرژی های مصرفی مستقیما از منابع انرژی‌های خام، مانند انرژی حرارتی ناشی از سوختن ذغال سنگ یا نفت بدست نمی‌آید، بلکه ابتدا انرژی خام به انرژی واسطی(که معمولا انرژی الکتریکی است) تبدیل شده و سپس به صورت های گوناگون مورد مصرف قرار می گیرد.

علت انتخاب انرژی الکتریکی به عنوان واسطه (انرژی ثانوی) به دلایل زیر است: 1- انرژی الکتریکی را می توان به صورت کلان با هزینه کم و بازده خوب به وسیله خطوط انتقال انرژی الکتریکی به هر نقطه ای با سرعت زیاد منتقل نمود و در آنجا توزیع کرد.

2- انرژی الکتریکی را می توان آسان تر و با بازده بیشتر به انرژی های نورانی، مکانیکی و حرارتی تبدیل کرد.

3- در محل مصرف ایجاد آلودگی محیطی نمی کند.

4- دستگاه های تبدیل انرژی الکتریکی به صورت های دیگر انرژی، دارای قابلیت اطمینان بالاتر و ساختمان ساده تری هستند.

5- امکان توسعه تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی میسر می باشد.

علیرغم امتیازاتی که برای انرژی الکتریکی ذکر کردیم این انرژی نقطه ضعف بزرگی دارد و آن این است که ذخیره کردن مقادیر زیاد آن از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

به همین دلیل ظریف نیروگاههای تولید برق را همیشه با حداکثر مصرف پیش بینی شده و یا حتی بخاطر رعایت قابلیت اطمینان چند درصد بیش از حداکثر مصرف پیش بینی شده، در نظر می گیرند و گرچه ممکن است این حداکثر مصرف در هر سال بیش از چند ساعت مورد نیاز نباشد.

به دلیل تغییرات مصرف انرژی الکتریکی در ساعات مختلف شبانه روز بیان این نکته که تولید و مصرف انرژی الکتریکی هم زمان است، طرح سیستم های انرژی الکتریکی و تدابیر لازم جهت اقتصادی شدن بیشتر آن، بایستی با ضوابط دقیقی صورت گیرد.

سیستم انرژی الکتریکی مجموعه تجهزات لازم جهت بهره برداری از انرژی خام، تاسیسات انرژی نامیده می شود.

چنانچه به برداری از منابع انرژی خام به صورت الکتریکی باشد این سیستم را سیستم انرژی الکتریکی می نامند، به طور عام سیستم انرژی الکتریکی از سه زیر سیستم، تولید انرژی الکتریکی، انتقال انرژی الکتریکی و توزیع انرژی الکتریکی، تشکیل می شود.

هر کدام از این زیر سیستم ها دارای بخش های کوچک تر و ویژگی های خاص هستند که متمایز از دیگران است.

شکل (1-1) نمودار سیستم انرژی الکتریکی را نشان می دهد.

طراحی سیستم توزیع طراحی سیستم به منظور پاسخ گویی به رشد فزاینده تقاضای مصرف انرژی الکتریکی توسط سیستم توزیع ضرورتی است که باید دارای دو ویژگی مقبولیت تکنولوژیکی و ترجیح اقتصادی باشد.

گرچه کارهای قابل توجهی در زمینه به کارگیری برخی روش های منظم در طراحی سیستم های تولید و انتقال انجام گرفته است ولیکن کاربرد آنها در طراحی توزیع به فراموشی سپرده شده است.

از طرف دیگر، در آینده شرکت های بهره برداری برق بیش از گذشته نیاز به یک ابزار طراحی سریع و اقتصادی دارند تا طرح های مختلف پیشنهادی برای توسعه سیستم و تاثیرات آنها بر روی مابقی سیستم را مورد ارزیابی قرار دهند و بتوانند انرژی الکتریکی را به صورت اقتصادی، مطمئن و ایمن برای مشتریان خود فراهم نمایند.

هدف اصلی طراحی سیستم توزیع، پاسخ گویی به رشد تقاضای انرژی الکتریکی می باشد.

به عبارتی نرخ رشد فزاینده بار و چگالی بارهای زیاد را می توان با اضافه کردن سیستم توزیع جدید از طریق پست های فشار متوسط(فوق توزیع) برآورده کرد، به طوری که دارای دو خصیصه مقبولیت تکنولوژیکی و ترجیح اقتصادی باشند.

تمام این عوامل و عوامل دیگری مانند کمبود زمین در مناطق شهری و مسائل زیست محیطی، طراحی بهینه سیستم های توزیع را مشکل می سازند.

طراحان سیستم توزیع باید اندازه بار و موقعیت جغرافیایی آن را معین نمایند.

سپس پست توزیع باید به گونه ای از نظر اندازه و جا انتخاب شود که ماکزیمم بار را با حداقل هزینه تلفات خطوط تغذیه کننده و ساختار سرویس دهد و در عین حال محدودیت های قابلیت اطمینان در نظر گرفته شده باشد.

سیستم توزیع برای شرکت بهره بردای برق به دو دلیل دارای اهمیت ویژه است : 1- نزدیکی به مصرف کننده و 2- هزینه سرمایه گذاری بالا.

از آنجا که سیستم توزیع نزدیکترین سیستم انرژی الکتریکی به مصرف کنندگان است وقوع خطا در آن سرویس‌دهی مصرف کننده را به طور مستقیم تحت تاثیر قرار می دهد، در حالیکه به طور مثال بروز خطا در سیستم های انتقال و فشار متوسط باعث قطع سرویس دهی به مصرف کنندگان نمی شود.

بنابراین طراحی سیتم توزیع از سطح مصرف کننده آغاز می شود.

عواملی مانند، تقاضای بار، نوع بار، ضریب بار و دیگر مشخصات بار مصرف کننده نوع سیستم توزیع مورد نیاز را دیکته می نماید.

ابتدا بایستی بارهای مصرف کننده معین گردند و سپس به منظور تغذیه از طریق خطوط فشار ضعیف که به پست فشار ضعیف متصل می باشند دسته بندی می شوند.

سپس بارهای ترانسفورماتورهای توزیع با هم ترکیب می گردند تا تقاضای بار سیستم فوق توزیع را معین کنند.

بارهای سیستم فوق توزیع به پست فشار قوی که به سیستم انتقال متصل هستند ارجاع می شوند.

بارهای سیستم توزیع، اندازه و موقعیت یا جایگیری پست ها فشار قوی و همچنین مسیر عبور و ظرفیت خطوط انتقال را تعیین می‌کند.

به عبارت بهتر، خروجی هر گام در این روند اطلاعات ورودی گام بعدی را فراهم می سازد.

طراح سیستم توزیع، مساله طراحی سیتم توزیع را به مساله های کوچکتری خرد می‌کند که این مسایل با روشها و تکنیک های در دسترس قابل حل باشند.

شخص طراح، در صورت عدم وجود یک تکنیک پذیرفته شده، می تواند مساله را به عنوان تلاشی در راه حداقل سازی هزینه خطوط فوق توزیع، پست ها، خطوط تغذیه کننده، انشعابها، هزینه تلفات و غیره تلقی کند.

به هر حال، در این فرآیند، طراح معمولا توسط مقادیر مجاز دامنه ولتاژ، افت ولتاژ، نوسانات ولتاژ و غیره و همچنین تداوم سرویس دهی و قابلیت اطمینان محدود می گردد.

برای رسیدن به این اهداف، شخص طراح، به منظور اضافه نمودن و یا بهینه سازی شبکه فوق توزیع، در مورد تعیین موقعیت و اندازه پستهای فوق توزیع، مناطق سرویس دهی پست ها، اندازه خطوط تغذیه کننده و انشعاب ها، سطوح ولتاژ و افت ولتاژ در سیستم، موقعیت قرارگیری خازن ها و تنظیم کننده های ولتاژ و بارگیری ترانسفورماتورها و خطوط تغذیه کننده تصمیم می گیرد.

عوامل دیگری نیز وجود دارند که باید در نظر گرفته شوند، مثل، امپدانس ترانسفورماتورها، سطح عایقی سیستم، دسترسی به ترانسفورماتور یدک و پست سیار و نرخی که مصرف کننده پرداخت می نماید.

علاوه بر اینها با ابعاد بزرگ بایستی در نظر گرفته شوند، مثل زمان و مکان تقاضای مصرف، تداوم و تواتر خروج آن، هزینه تجهیزات، بهره پول، هزینه فزاینده سوخت، قیمت صعودی و نزولی دیگر آلترناتیوهای منابع تولید انرژی، تغییر شرایط اقتصادی اجتماعی و تمایل به افزایش تقاضای کالا و خدمات، رشد یا کاهش جمعیت غیر قابل پیش بینی منطقه ای، تغییر رفتار و آداب عمومی در نتیجه تغییرات تکنولوژیکی، ذخیره انرژی، تغییر شرایط اقتصادی مثل پیش بینی کاهش یا افزایش درآمد خالص (GNP)، تورم و برنامه های دولتی، استانی، شهری و محلی.

عوامل موثر در طراحی سیستم تعداد و پیچیدگی مفروضات موثر در طراحی سیستم در نگاه اول متناقض به نظر می رسند تقاضای رو به افزایش ظرفیت توان، ولتاژهای توزیع بالاتر، اتوماسیون بیشتر و پیچیدگی کنترل بیشتر، در ابتدای فهرست چنین عواملی هستند.

محدودیت هایی که طراح نیز با آن مواجه است عبارت از کمبود زمین در مناطق شهری، مفروضات زیست محیطی، محدودیت انتخاب سوخت، عدم مطلوبیت افزایش نرخ انرژی و ضرورت حداقل سازی سرمایه گذاری و هزینه تولید می باشد.

مساله طراحی تلاشی در جهت حداقل سازی هزینه خطوط فوق توزیع، پست ها، خطوط تغذیه کننده انشعابها، هزینه تلفات و غیره می باشد.

در واقع، این نیازمندیها و محدودیت ها مسئله طراحی بهینه سیستم توزیع را از قدرت حل شخص بدون تجربه خارج می سازد.

پیش بینی بار افزایش بار منطقه جغرافیایی که توسط یک شرکت بهره بردای برق سرویس دهی می شود مهمترین عامل موثر در توسعه سیتم توزیع است.

بنابراین پیش بینی افزایش بار و عکس العمل سیستم به این افزایش بار در فرآیند طراحی ضروری است.

دو محدوده زمانی مهم در پیش بینی بار وجود دارد: بلند مدت، با افق زمانی حدود 15 تا 20 سال و کوتاه مدت با افق زمانی تا فواصل 5 سال.

به طور ایده آل این پیش بینی ها باید بارهای آینده را با دقت و جزئیات پیش بینی نمایند و حتی تا سطح مصرف کنندگان حقیقی گسترش یابد، اما در عمل نیاز به تفکیک کمتری است و جزئیات زیاد لازم نیست.

عوامل موثر پیش بینی بار 1- آلترناتیوم های منابع .

2- چگالی بار .

3- رشد جمعیت.

4- اطلاعات تاریخی.

5- عوامل جغرافیایی.

6- استفاده از زمین.

7- طرحهای شهری.

8- طرحهای صنعتی.

9- طرح های توسعه اجتماعی.

شاخص های اقتصادی، تاریخی و طرح های رسمی استفاده از زمین، همگی به عنوان اطلاعات ورودی در رویه پیش بینی عمل می کنند.

اطلاعات خروجی پیش بینی بار به صورت چگالی بار (کیلو وات آمپر بر متر مربع) برای پیش بینی های بلند مدت است.

پیش بینی های کوتاه مدت نیازمند جزئیات کمتری هستند.

چگالی بار متناسب با مختصات جدول بندی شده برای مناطق مورد نظر بوده و سپس از این اطلاعات جدول بندی شده در طرح پیکره بندی سیستم کمک گرفته می شود.

جدول بندی پیش بینی بار یک وسیله مفید طراحی برای آزمودن تمام مناطق جغرافیایی و در نظر گرفتن اعمال لازم جهت الگوهای توسعه سیستم ارائه می نماید.

توسعه پست طراح بر اساس اطلاعات ملموس و یا غیر ملموس پیش بینی آینده یک سیستم، تصمیم گیری می کند.

به طور مثال، بار پیش بینی شده، چگالی بار، و رشد بار ممکن است نیاز به توسعه پست حاضر یا احداث یک پست جدید داشته باشد.

در طرح توسعه سیستم، ساختار فعلی سیستم، ظرفیت و بارهای پیش بینی شده نقش اساسی بازی می‌نمایند.

برخی عوامل موثر در توسعه پست 1- محدودیت خطوط تغذیه (ورود و خروج) 2- عدم انعطاف انتقال.

3- ولتاژ انتقالی .

4- ظرفیت خط ارتباطی.

5- پیش بینی بر.

6- ظرفیت و ساختار فعلی.

7- محدودیتهای پروژه ای.

8- اندازه فیزیکی و دسترسی به زمین.

9- حصار فیزیکی.

10- محدودیت اندازه موجوع.

11- عوامل اقتصادی.

انتخاب مکان پست فاصله از مرکز بار و خطوط فوق توزیع موجود و همچنین دیگر محدودیتها مثل دسترسی به زمین، قیمت آن و برنامه های استفاده از زمین مهمترین آنها هستند.

فرآیند جایابی پست می تواند با یک روند مورد یابی که تمام مکان های ممکن برای موقعیت پست از درون ان عبور می نماید توسط عوامل زیر توصیف گردد؛ عوامل موثر در انتخاب مکان پست 1- چگالی بار .

2- پیش بینی بار.

3- موقعیت خطوط فوق توزیع.

4- دسترسی به زمین.

5- قیمت زمین.

6- برنامه استفاده از زمین.

7- موقعیت پست موجود.

8- محدودیت خطوط تغذیه.

منطقه سرویس، ناحیه تحت ارزیابی است.

ابتدا مورد یابی اولیه با استفاده از یک سری مفروضات اعمال می شود، مثل ایمنی، مهندسی، طراحی سیستم، عرف، اقتصاد و زیبایی.

این گام از انتخاب مکان، اصولا مناطقی را که برای توسعه نامناسب هستند را مشخص می کند.

سپس منطقه سرویس برای یک مجموعه از مکان های کاندیدا برای احداث پست مورد ارزیابی قرار می گیرد.

مکان های کاندید در سه دسته اصلی تقسیم بندی می شوند: 1- مکان های نا مناسب مه برای توسعه در آینده مطلوب نیستند.

2- مکان هایی که دارای برخی ویژگی های مطلوب هستند، اما برای ارزیابی جزئیات در حین روند طراحی انتخاب نمی شوند.

3- مکان های کاندیدی که بایستی با جزئیات بیشتی مطالعه گردند.

تاکید بر روی هر کدام از فرضیات انتخاب مکان پست از سطح یه سطح و شرکت به شرکت فرق می کند.

روند مکان یابی پست منطقه سرویس.

مناطق کاندید ؛ الف- مکانهایی که برای ارزیابی بعدی نگاه داشته اند.

ب- مناطق عیر قابل استفاده.

مکانهای کاندید مکانهای پیشنهادی.

سایر عوامل وقتی بار ارجاعی به پست ها معین شد، در انتخاب ولتاژ، انتخاب مسیر خطوط تغذیه کننده، تعداد خطوط تغذیه کننده، انتخاب اندازه هادی و هزینه کل را در نظر گرفت.

عوامل موثر بر برآورد هزینه توسعه سیستم توزیع 1- بهره از دست رفته حین ساختن.

2- هزینه سرانه.

3- هزینه نصب.

4- هزینه ساختار.

5- هزینه ساختمان.

6- هزینه مواد.

7- هزینه تعمیر.

8- هزینه بهره برداری.

9- هزینه های مالیات و متفرقه.

در حالت عام، سطوح ولتاژهای فوق توزیع و توزیع توسط سیاست گذاری شرکت تعیین می گردد و به دلیل استاندارد کردن و عوامل اقتصادی طراح آزادی زیادی در انتخاب اندازه های لازم و نوع و ظرفیت تجهیزات ندارد.

به طور مثال طراح می تواند ترانسفورماتور توزیع را از داخل لیست ترانسفورماتورهایی که در حال حاضر در شرکت موجود است، بازاء سطوح ولتاژی که قبلا توسط شرکت تثبیت شده است انتخاب نماید.

تکنیک های نوین طراحی سیستم توزیع امروزه اکثر طراحان سیستم توزیع الکتریکی در صنعت از برنامه های کامپیوتری مانند برنامه های پخش بار، برنامه های پخش بار شعاعی یا حلقوی، برنامه های محاسبات جریان اتصال کوتاه و جریان عیب، محاسبات افت ولتاژ و برنامه های محاسبه امپدانس کل سیستم، همچنین ابزارهایی دیگر مانند پیش بینی بار، تنطیم ولتاژ، طراحی خازن، قابلیت اعتماد و الگوریتم های انتخاب و جایابی بهینه استفاده می کنند، ولیکن، در حالت کلی، مفهوم عام استفاده از اطلاعات خروجی هر برنامه به عنوان ورودی برنامه بعدی را به کار نمی برند.

کامپیوترها محاسبات را به دقت انجام می دهند و مهندسین طراح فقط باز بینی و مقایسه را انجام می دهند.

نه انجام محاسبات را، ولیکن برای استنتاج مهندسی راهی جز استنباط شخص مهندس وجود ندارد.

شکل (1) نمودار بلوکی فرآیند طراحی سیستم توزیع را که اکثر شرکت های بهره برداری از آن استفاده می کنند، نشان می دهد.

این فرآیند در هر سال از یک دوره بلند مدت (20-15 سال) یک بار تکرار می گردد.

در این رویه تلاشی برای تغییر، مطابق سلیقه طراحی هر شرکت بهره برداری انجام نشده است و روند عامی است.

همان طوری که نمودار نشان می دهد روند طراحی دارای دو شاخه اصلی است : پیش بینی بار و ساختار طراحی سیستم توزیع، توسعه پست و انتخاب مکان پست.

ساختار طراحی از سطح مصرف کننده شروع می شود.

نوع تقاضای مصرف، ضریب بار و دیگر مشخصات بار مصرف کننده، نوع سیستم توزیع مورد نیاز را دیکته می نماید.

ابتدا بار مصرف کننده تعیین می گردد سپس خطوط فشار ضعیف که به ترانسفورماتور توزیع متصل می گردند مشخص می شوند.

بارهای ترانسفورماتور توزیع با هم ترکیب می شوند تا تقاضای مصرف روی سیستم فوق توزیع را معین کنند.

بارهای سیستم فوق توزیع سپس به پست انتقال فشار قوی ارجاع می شود.

بارهای سیستم توزیع، موقعیت و اندازه پست ها و همچنین ظرفیت و مسیر خطوط توزیع را مشخص می کند.

شاید چیزی که واضح نباشد این است که پیمودن یک چنین رویه مستقیمی ممکن نیست.

رویه عامتر این است که بر حسب اطلاعات پیش بینی بار، یک تحلیل مشخصه عملکرد برای سیستم انجام می شود تا چگونگی توانایی سیستم موجود را برای پاسخگویی به فزایش بار جدید نسبت به قواعد مورد نظر شرکت بسنجد.

این تحلیل نیاز به گام دوم رویه دارد، یعنی ابزارهایی مانند پخش بار سیستم توزیع، پروفیل ولتاژ و برنامه تنظیم ولتاژ می باشد.

قواعد پذیرش که سیاستگذاری شرکت آن را مشخص می کند، اجبار به مصرف کننده و محدودیت های اضافی که می تواند به صورت زیر باشد: 1- تداوم سرویس دهی.

2- حداکثر افت ولتاژ مجاز در پیک بار به دورترین مصرف کننده در سیستم توزیع فشار ضعیف .

3- ماکزیمم نزول ولتاژ متناسب با راه اندازی یک موتور با مشخصه جریان راه اندازی مشخص در دورترین نقطه شبکه فشار ضعیف.

4- حداکثر قله بار مجاز.

5- قابلیت اطمینان سرویس دهی.

6- تلفات سیستم.

همان طوری که نمودار شکل (1) نشان می دهد اگر نتایج تحلیل مشخصه عملکرد نشان دهد که سیستم موجود برای برآوردن تقاضای مصرف مناسب نیست، پس سیستم موجود به توسعه با تغییر و اضافات جزئی در سیستم نیاز دارد، یا به یک پست جدید نیاز است تا ساخته شود که بتواند پاسخ گوی تقاضای مصرف آتی باشد.

اگر تصمیم به توسعه سیستم موجود با اضافات جزئی در آن باشد یک ساختار شبکه اضافی جدید طراحی و تحلیل می گردد تا سطح مطلوبیت لازم بدست آید.

اگر ساختار جدید نامناسب بود، یک بار دیگر تکرار می شود تا یک مورد مطلوب پیدا شود.

هزینه هر ساختار محاسبه می شود.اگر هزینه زیاد بود یا مشخصه عملکرد مناسب بدست نیامد تصمیم کلی توسعه یا ساخت دوباره ارزیابی می گردد.

اگر نتیجه تصمیم، احداث یک پست بود باید مکانی برای آن انتخاب شود.

اگر هزینه مکان انتخابی زیاد بود، تصمیم توسعه یا احداث نیاز به ارزیابی بیشتری دارد.

این فرآیند وقتی پایان می گیرد که ساختار مطلوبی بدست آید که پایخ مسایل امروز یا آتی را با هزینه قابل قبول دارا باشد.

خیلی از گام های توصیف شده در رویه بالا می تواند با استفاده از کامپیوتر انجام شود.

مدل های طراحی سیستم توزیع در حالت کلی، طراحی سیستم توزیع رویه پیچیده ای راه علت داشتن متغیرهای زیاد دیکته می کند و یک وظیفه سنگین نمایش ریاضی را به دلیل داشتن نیازمندی ها و محدودیت هائی که توسط ساختار سیستم مشخص می شود، تحمیل می کند.

بنابراین مدل های ریاضی توسعه یافته اند تا سیستم را با آنها نمایش داده و طراحان سیستم توزیع بتوانند این مدل ها را بکار گیرند تا الگوهای توسعه بهینه را تعیین و تحقق نمایند.

به طور مثال با انتخاب : - موقعیت بهینه پست.

- توسعه بهینه پست.

- اندازه های بهینه ترانسفورماتورهای پست.

- انتقال بهینه بار بین پست ها و مراکز تقاضای بار.

- مسیر و اندازه بهینه خطوط تغذیه به منظور تغذیه بارهای داده‌شده، انجام می شود.

در عین‌حال در هر‌یک از موارد فوق با محدودیت‌های زیادی به منظور حداقل‌کردن‌ ‌هزینه کل روبرو می باشیم.

برخی تکنیک های تحقیق در عملیات برای این وظیفه عبارتند از: 1- روش سیاست گزینه ای؛ که توسط آن یک تعداد از ویژگی‌ها مقایسه می گردند و بهترین گزینه انتخاب می شود.

2- روش جداسازی؛ که در آن یک مساله بزرگ به چندین مساله کوچک تقسیم و هر کدام جداگانه حل می گردد.

3- روش های برنامه ریزی خطی و برنامه ریزی عدد صحیح، که قیود محدودیتی غیر خطی را خطی می نماید.

4- روش برنامه ریزی دینامیک ؛ هر کدام از این روش ها دارای مزایا و معایب خود می باشد.

به خصوص در طراحی بلند مدت تعداد زیاد متغیرها مشکلی جدی می باشد.

شبکه های توزیع و پخش انرژی اشکال مختلف شبکه های توزیع انرژی شبکه های الکتریکی بر حسب رده ولتاژی که مورد بهره برداری قرار می گیرند، متفاوت می باشند.

شبکه های الکتریکی به طور کلی در سه رده ولتاژی فشار قوی، فشار متوسط و فشار ضعیف دسته بندی می شوند.

شبکه فشار قوی یا شبکه انتقال انرژی در رده ولتاژهای 132،230 و 400 کیلو ولت و بالاتر می باشد.

شبکه فشار متوسط یا شبکه فوق توزیع در رده ولتاژی 63 کیلو ولت است.

شبکه فشار ضعیف یا شبکه توزیع در رده ولتاژهای 20 کیلو ولت و 400، 230 ولت است.

در طراحی یک شبکه توزیع انرژی که می تواند متعلق به یک کارخانه صنعتی، ساختمان های مسکونی بزرگ، یک محله و حتی قسمتی از یک شهر بزرگ باشد، نکات زیر را باید مد نظر قرار داد: 1- تلفات توان الکتریکی کمترین مقدار را داشته باشد.

2- وسایل و تجهیزات بکار برده شده کمترین مقدار ممکنه باشد.

3- حفاظت شبکه با کمترین استفاده از وسایل حفاظتی تامین شود.

4- طرح تا حد امکان ساده باشد.

5- قابلیت اطمینان شبکه بالاترین مقدار ممکنه را دارا باشد.

کوشش برای دست یابی به تمامی شرایط بالا که تا حدودی نیز با یکدیگر مغایر هستند، باعث بوجود آمدن شبکه های مختلف گشته است.

هر کدام از این شبکه ها دارای مزایا و معایبی هستند که به طور مفصل آنها رادر زیر مورد بررسی قرار خواهیم داد.

الف) شبکه باز در این نوع شبکه، تغذیه انرژی از یک نقطه انجام می پذیرد.

یعنی چنین شبکه ای از یک سوء تغذیه می شود، و گاهی موارد به آن شبکه یک سوء تغذیه نیز می گویند.

در این نوع شبکه محل تغذیه کننده اصلی می تواند توسط دو خط موازی نیز تغذیه شده باشد و ازاین تابلوی اصلی انشعاب هایی (خطوط تغذیه کننده) انرژی را از تابلو تقسیم اصلی به مصرف کننده ها یا تابلوهای تقسیم کوچکتر حمل نمایند، این انشعاب ها شعاعی شکل می باشند.

شبکه باز خود به چندین نوع تقسیم می شود.

در نوع اول این شبکه، هر مصرف کننده توسط یک خط جداگانه از تابلو به طور مستقیم تغذیه می گردد.

در چنین شبکه‌ای قابلیت اطمینان بالا است زیرا در صورت پدید آمدن خطایی در هر یک از انشعاب ها فقط همان مصرف کننده بدون برق می ماند، به همین ترتیب تلفات الکتریکی هر یک از انشعاب ها کوچک باقی می ماند زیرا از هر یک از انشعاب ها شدت جریان یک مصرف کننده عبور داده می شود.(شکل 2) در نوع دوم این شبکه، چندین مصرف کننده به وسیله یک خط تغذیه می شوند.

بدیهی است در چنین شبکه ای در صورت پدید آمدن خطایی در هر یک از انشعاب ها مصرف کننده هایی که از این انشعاب تغذیه می شوند بدون برق می مانند.

و علاوه بر آن خط انشعاب بایددارای سطح مقطع متناسب با مجموعه شدت جریان مصرف کننده‌هایی که بر روی این خط بسته شده اند، باشد.

بالطبع تلفات انرژی و افت ولتاژ در این خط انشعاب دار بزرگتر خواهد بود.(شکل 3)