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.

 

ساختار فیدرهای سیستم توزیع اساس فیدرهای شعاعی یک سیستم توزیع، بخاطر عدم تداوم سرویس‌دهی سوال برانگیزند و یک خطر بر روی هر یک از فیدرها به خاموشی تعدادی از مصرف‌کنندگان می‌انجامد و در هنگام استفاده از این آرایش، وقفه در سرویس‌دهی به صورت اجتناب‌ناپذیر وجود 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 خط استخراج شده است (معمولاً پایه‌های 12 متر با اسپن متوسط 15 متر طراحی مدنظر قرار می‌گیرد).

در طراحی مکانیکی خط با استفاده از مسیریابی بهینه جهت احداث خطوط 20kv هوایی، کلیه جوانب اقتصادی، مشکلات حریم خطوط هوایی و استقامت مکانیکی پایه‌ها مد نظر قرار می‌گیرد.

لذا بعد از انجام نقشه‌برداری و پیکتاژ مسیر، ارتفاع و قدرت کششی پایه‌ها با استفاده از اسپن‌ها و فاصله‌های مجاز هادی‌ها از زمین در گرمترین روز سال محاسبه می‌شودلازم به ذکر است که کلیه فواصل جهت حریم‌ها بایستی با درنظرگرفتن استاندارد وزارت نیرو رعایت گردد.

انتخاب قدرت کششی پایه‌های بتونی نیروهایی که در صفحه قائم بر پایه وارد می‌شوند، ناشی از برآیند نیروهای کششی سیم‌ها در دو طرف پایه می‌باشد.

نیروی وارد شده بر سیم نیز شامل بر روی وزن سیم، نیروی وزن یخ و فشار باد (شامل نیروی وارد بر پایه، مقره و سیم) خواهد بود.

در پایه‌های توخطی برآیند نیروهایی کششی سیم در پایه نقطه مولفه قائم دارد، ولی پایه‌های زاویه این نیرو مولفه افقی نیز خواهد داشت.

انتخاب مناسب پایه به لحاظ جنبه فنی و اقتصادی حائز اهمیت می‌باشد.

اصولاً بعد از تشکیل جداول بارگذاری و درنظرگرفتن ماکزیمم کشش ایجاد شده در بدترین شرایط و مشخص شدن اسپن و رعایت حداکثر تنش الکتریکی، تحمل و قدرت کششی پایه‌ها بر حسب کیلوگرم نیرو (kgF) محاسبه می‌گردد.

در این طرح با توجه به محدود بودن ارتفاع پایه‌ها، فاصله‌ها و قدرت کششی پایه‌ها برای عوارض مختلف زمین فرق می‌کند.

ولی برای اسپن‌ها معادل طراحی (65m) در زمینهای مسطح می‌تواند محاسبه گردد.

بدیهی است پایه‌های قرارگرفته در زوایای بزرگتر از 6 الی 10 درجه با توجه به شرایط خاص خود و براساس میزان زاویه انحراف خط می‌باشد.

پایه‌های بتونی مورد استفاده شبکه‌های توزیع برق ایران توسط وزارت نیرو گردیده که قدرت‌های موجود در آنها برحسب کیلوگرم نیرو به شرح ذیل است: 1200 - 1000 - 800 – 600 – 400 - 200 جدول تست استقامت مکانیکی برای تیرهای 12mm2 بصورت زیر می‌باشد: در جدول فوق قدرت اسمی و ارتجاعی تیرها و حداکثر نیروی کششی وارد از طرف سیم به تیر نشان داده شده است.

لازم به توضیح است در انتخاب پایه‌های بتونی قدرت ارتجاعی پایه‌ها برای حالتهایی مدنظر گرفته شده است که نیروی کشش وارده از طرف سیم‌های هوایی برتیرهای بتونی موقتی و گذارا باشد.

مانند شرایط حداکثر طوفانی اما در شرایط یخبندان شدید روی سیم‌ها چون نیروهای ناشی از بارگذاری ممکن است چندین ساعت ادامه یابد، قدرت اسمی تیرها مدنظر خواهد بود.

قدرت وارده برتیرهای توخطی (مماسی) پایه‌های خطی (مماسی) مولفه قائم برآیند کششی در دوطرف پایه سوار بوده و مولفه افقی برآیند کششی سیم در دوطرف پایه مماسی تقریباً صفر بود، ولی نیروی ناشی از بار بر روی سیم و پایه توخطی قابل محاسبه خواهد بود.

با توجه به حداکثر سرعت باد منطقه (40km/s) که متعادل فشار باد 100kg/m2 می‌باشد، می‌توان کل نیروی افقی را که باد از طریق پایه، سیم و مقره به تیر وارد می‌کند محاسبه و در انتخاب پایه مورد، استفاده قرار داد.

رابطه کلی به شرح زیر است: نیروی باد روی مقره + نیروی باد روی سیم + فشار باد بر روی پایه = کل نیروی باد WH = (h/H) WP + WHT + WS WH = (h/H)(ksv) + (SW * WWXP + (PWXL * dj) نیرو در مرکز ثقل پایه وارد می‌شود.

لذا اگر فاصله مرکز ثقل از زمین (h) فرض شود، نیروی وارده به خط نگهدارنده (کنسول) واقع در 60 cm پایین‌تر از راس تیر در این طرح خواهد بود.

لذا از ارتفاع کل پایه (H) نگهدارنده نیروی باد با ضریب h/H وارد می‌شود.

به پایه‌های زاویه نیروی دیگری علاوه بر موارد فوق به شرح زیر اضافه می‌گردد که بایستی برحسب مقدار زاویه قدرت تیر موردنظر انتخاب گردد.

Ra = 2Hsinα/2 محاسبه فلش و کشش در اجرای خطوط هوایی 20kv که ارتفاع متوسط پایه‌ها 12m و سطح مقطع سیم‌ها بالاتر از 120mm2 و فاصله بین پایه‌ها 60 الی 80 متر باشد، در شرایطی که سطح زمین هموار باشد، رابطه بین کشش و فلش سیم وجود دارد: F = (S2) / 8a = ws2 / 8H F: فلش (شکم) W: وزن واحد طول سیم S: فاصله پایه‌ها (اسپن‌ها) H: کشش سیم a: پارامتر خطا به نسبت H/W هادی می‌باشد.

هرچه‌قدر کشش سیم بیشتر باشد، فلش کم شده و هرچه قدر کش کم باشد، فلش بیشتر می‌شود.

مقدار کشش محدود به حداکثر کشش مجاز سیم در بدترین شرایط آب و هوایی با ضریب اطمینان خود می‌باشد.

کم بودن فلش نیز باعث نزدیکی هادی به زمین در گرمترین دما در شرایط بهره‌برداری خواهد شد.

لذا با تغییر دادن سه عامل: فاصله بین پایه‌ها (اسپن)، کشش سیم و فلش آن و کنترل آنها باید مهمترین طرح استخراج گردد.

بعنوان مثال در شرایطی که عوارض زمین اجازه دهد، مانند دره‌ها، می‌توان کشش سیم را کم نمود و با بیشترشدن فلش سیم، فاصله بین پایه‌ها را بیشتر نمود و این افزایش تا جایی امکان‌پذیر می‌باشد که اولاً فاصله مجاز سیم از زمین رعایت گردد، ثانیاً در شرایط بارسنگین پایه‌ها تحمل نیروهای وارده از سیم را داشته باشند.

محاسبه فاصله هادی‌ها از همدیگر طبق استاندارد VDE رابطه‌ای بین حداقل فاصله فازها (PC) در وسط زمین و ماکزیمم فلش سیم (D) در حداکثر درجه حرارت وجود دارد که در شرایطی مثل بادهای شدید و نوسانات ناشی از آزادشدن برف و یخ از روی سیم، نباید سبب کم شدن فاصله‌ فازها در وسط اسپن و برخورد سیم‌ها در وسط دوپایه‌ گردد.

فاصله هادی‌ها از همدیگر طبق رابطه زیر قابل محاسبه است: Pc: فاصله هادی‌ها ار همدیگر L: طول زنجیر مقره به متر Ue: ولتاژ خط برحسب کیلووات Ke: ضریب ثابت براساس نوع آرایش کنسول و فاصله سیم‌ها و نوع سیم انتخابی در هر فاز که برای آرایش افقی Ke=0.6 و برای مثلثی Ke=0.62 است.

F: فلش سیم با در نظر گرفتن فلش سیم در حدود 2.65m و طول زنجیره مقره 2 تایی به میزان L=0.45m حداقل فاصله افقی بین‌ هادی‌ها عبارت است از: حفاظت شبکه‌های توزیع تنظیم سیستم‌های خفاظتی در شبکه‌های توزیع بدلیل اهمیت تامین مصرف‌کننده‌ها از یکسو و از سوی دیگر بعلت گستردگی و وقوع مانورهای زیاد آنها می‌بایست با دقت زیاد صورت گیرد.

در این راستا مهندسین با استفاده از اطلاعات شبکه و مصرف‌کننده (جریان‌های نامی، جریان‌های اتصال کوتاه، قدرت نامی دستگا‌ه‌ها و … ) و با درنظر گرفتن وضعیت‌های مختلف سیستم نهایی رله‌ها و سیستم‌های حفاظتی را انجام دهد.

مشخصات سیستم‌های حفاظتی: تشخیص عیب یا خطا را بتواند انجام دهد.

فقط در مقابل خطا حساس باشد.

دارای سرعت و دقت عملکرد مناسب باشد.

منطقه‌ای را که خطا در آن اتفاق افتاده از شبکه ایزوله کند.

دارای پشتیبان حفاظتی مناسب باشد.

از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد.

سیستم‌های حفاظتی فیوزها: در میان وسایلی که برای حفاظت تجهیزات الکتریکی بکار می‌روند، فیوز جایگاه خاص،‌ بخصوص در ولتاژهای فشار ضعیف (زیر 100 ولت) دارد و بدلیل قیمت ارزان، سادگی ساختمان و مکانیزم قطع کاربرد زیادی نسبت به رله‌های دیگر در حفاظت تجهیزات پست‌ها و تابلوهای توزیع برق دارد.

رابطه حاکم برعملکرد فیوز: Po: مقاومت مخصوص سیم فیوز در دمای مختلف α: ِضریب افزایش مقاومت مخصوص m: چگالی (g/mm) C: گرمای ویژه فیوز Tm: دمای مقطع ذوب سیم فیوز To: دمای سیم فیوز در حالت عادی S: سطح مقطع فیوز i: جریان عبوری از سیم فیوز Tpie: زمانی که احتیاج است تا سیم فیوز، به دمای ذوب خود برسد.

زمان عملکرد براساس رابطه زیر قابل محاسبه است: tcperation= tpre + tare tarc: مدت زمانی است که جرقه وجود دارد.

در زمان های فوق که tpre>0.15 و tpre>>tarc می‌باشد، می‌توان topc = tpre در نظر گرفت.

پارامترهای انتخاب فیوز: 1.

جریان بار الف: جریان دائمی ب: جریان گذرا 2.

خاصیت محدود کنندگی جریان اتصال کوتاه تقسیم‌بندی فوزها برحسب کلاس کار کلاس g: فیوزهای عمومی (محدوده کار کافی )که بطور مداوم باندازه جریان نامی‌شان حمل می‌کنند و قادرند جریان‌ها را از کمترین تعداد ذوب‌کننده تا ظرفیت قطع‌کنندگی نامیِ‌شان قطع کنند.

کلاس a: فیوزهای اختصاصی (محدوده کار جزئی )که قادرند فقط جریان‌های بالاتر از یک ضریب مشخص از جریان نامی‌شان را قطع کنند.

حروف نشان‌دهنده کاربرد فیوزها: L: حفاظت خط M: حفاظت موتور R: حفاظت یکسوکننده‌ها رله‌های اضافه‌بار: رله‌های فوق مسئولیت حفاط تراس را در مقابل اضافه جریان بمدت طولانی‌تر نسبت به زمان اتصال کوتاه بعهده دارند.

انتخاب نوع رله و Setting آن بستگی به نوع ترنس و بار آن دارد.

رله‌های پرایمر: رله‌های فوق دارای تنظیم جریانی و زمانی می‌باشند و مستقیماً در اولیه کلیدهای تغذیه ترانسها و بارها و در روی شین‌های 20kv نصب می‌شوند.

به همین جهت هنگام تعمیر رله باید تمام شین‌های مربوطه بی‌برق گردند.

انواع فیوزهای فشار قوی بالاتر از 1000v: الف: نوع کات اوت (Cat out Fuse) ب: نوع استوانه‌ای (Power Fuse) فیوزهای کات اوت که در خطوط هوائی روی تیرها و در ورودی ترانسفورماتورهای توزیع نصب می‌شوند متشکل از یک لوله عایق می‌باشد که عنصر ذوب شونده داخل آن قرار گرفته است.

دربعضی از انواع یک طرفه لوله عایقی بسته است و در بعد دیگر، دو طرف لوله عایق باز است.

زمانیکه فیوز لینک در اثر جریان زیاد می‌سوزد و قوس به وجود می‌آید، فشار حاصله قوس باعث می‌شود که به طرف دو انتها شود و بدین ترتیب قوس خفه می‌شود.

بمنظور سرعت بخشیدن به قطع قوس، فیوز لینک توسط مکانیزم خاصی تحت نیروی کششی فنر قرار دارد و در صورت سوختن و قطع فیوز لینک نیروی فنر باعث جدایی سریع دو قسمت‌ آزادشده فوز لینک می‌شود و قوس زودتر خفه می‌شود.

فیوزهای کات اوت در جریان‌های اتصال کوتاه شدید خوب عمل می‌کنند و معمولاً در حفاظت خطوط هوائی کاربرد دارند و به خاطر جلوگیری از وقوع قوس خارجی فاصله بین فازها بیشتر پیش‌بینی می‌شود.

با توجه به اینکه در شرایط سوختن فیوز لینک سطح داخلی دیواره از مواد کربنی پوشیده میِ‌شود و به منظور جلوگیری از جریان‌های نشتی پس از قطع فیوز لینک، مکانیزم کات اوت طوری است که پس از قطع فیوز لینک، لوله عایقی که از کنتاکت‌های اتصال جدار جلوگیری شود و این کار توسط نیروی فنر که در شرایط عادی برای نگه داشتن فیوز لینک تحت تنش معینی پیش‌بینی شده، انجام می‌شود و وقتی لوله عایقی از کنتاکت بالایی جدا شده تحت نیروی وزن خود لولای کنتاکت پایین آویزان می‌ماند.

فیوزهای نوع استوانه‌ای (Power Fuse) این نوع فیوزها برای حفاظت کابل‌های فشارمتوسط، تاسیسات الکتریکی، ژنراتورهای با ظرفیت کمتر و ترانسفورماتورها استفاده می‌شود.

همراه با سکسیونرهای قابل قطع و وصل بار در فیدرهای 20kv کاربرد دارد و ویژگی آن ها این است که وقتی فیوز یک فاز می‌سوزد باعث می‌شود که توسط ضامن پیش‌بینی شده در محل کنتاکت به مدار الکتریکی فعال شده و هر فاز را قطع کند.

(سکسیونر قابل قطع و وصل زیر بار توسط مکانیزم مذکور قطع می‌شود.) و هر سه فاز قطع می‌شود.

این فیوزها در ردیف ولتاژ تا 33kv و قدرت قطع بیشتر از ظرفیت فیوزهای کات اوت استفاده می‌شود.

موارد کاربرد این نوع فیوزها عبارتند از: در جریان‌های خیلی بالا در جریان‌های نامی با مقادیر بالا حوزه وسیع کاربرد، به طوریکه علاوه بر شبکه توزیع ممکن است در شبکه‌های فوق توزیع تیز استفاده شود.

معمولاً برای نصب در تاسیسات الکتریکی و در کنار تجهیزات الکتریکی پیش‌بینی می‌شود.

انواع فیوزهای فشار ضعیف: فیوز چاقویی فیوز فشار ضعیف H.R.C فیوز اتوماتیک روشهای تنظیم ولتاژ در شبکه توزیع: برای تنظیم ولتاژ، چندین روش متداول است که در نقاط مختلف سیستم توزیع می‌تواند بکاربرده شود.

یعنی از این روش‌ها ولتاژ را در ابتدای فیدر با تغییرات بار تنظیم می‌کند و پروفیل ولتاژ را در طول فیدرها، که باری و یا رینگ در محدوده مجاز نگه می‌دارد، در بعضی روشهای دیگر، امپدانس بین منبع و بار را کاهش می‌دهد تا دامنه تغییرات ولتاژ محدود نمایند.

هر روشی دارای مشخصه خاص خود می‌باشد که مقدار بهبود ولتاژ و هزینه ولتاژ برای هر ولت و انعطاف‌پذیری آن را نشان می‌دهد.

روشهای تنظیم ولتاژ رایج در شبکه توزیع بطور مختصر شرح داده می‌شود: تنظیم ولتاژ در پست‌های 63/20kv طرح اقتصادی سیستم‌های توزیع معمولاً تنظیم ولتاژ در پست‌ها را دربر دارد.

این تنظیم توسط تیپ‌های قابل تغییر زیر بار (OLTC) به همراه سیستم‌های تنظیم کننده دیگر در طرف شار ضعیف ترانس دو ماشین یا مستقیماً در ابتدای فیدرهای خروجی قرار می‌گیرند.

لزوم یک سیستم تنظیم کننده ولتاژ در پست‌های 63/20kv به خاطر آنست که از اثر تغییرات ولتاژ ورودی پست در فیدرهای خروجی جلوگیری شود.

چنانچه دامنه تغییرات ولتاژ برای اختلاف بین سرویس‌های مشترکین و خروجی پست ترانس باشد، تنظیم‌کننده پست قابلیت کاهش افت ولتاژ را در موقع پیک به حد مجاز نمودن آن خواهد داشت.

نصب خازن موازی در انتهای فیدر نصب خازن موازی دوتا شین 20kv و تزریق بار راکتیو، متناسب با ولتاژ می‌باشد.

خازن‌های نصب شده دوتا شین 20kv معمولاً دارای قدرت زیاد و چندوضعیتی می‌باشند.

این خازن‌ها مجموعه‌ای سه فاز از بانک‌های، خازنی کوچکتر از واحدهای 50,100 و یا 25 کیلو وات ساخته شده و ظرفیت کل آنها تا چند MVAR می‌رسد که معمولاً در مدار معادله اهمی داده می‌شوند.

مرحله یک پله 2 یا 3 درصدی از تنظیم ولتاژ را انجام می‌دهد.

افزایش سطح مقطع فیدرها یکی از روشهای اساسی کاهش افت ولتاژ در شبکه‌های دارای بار زیاد، افزایش سطح مقطع هادی‌ها می‌باشد که باعث کاهش امپدانس بین منبع و مصرف‌کننده‌ می‌گردد و بنابراین افت ولتاژ کاهش می‌دهد، اما این روش در زمره‌ی گرانبهاترین روشها می‌باشد که در مناطق شهری با رشد سریع‌ مصرف و فیدرهای کوتاه می‌تواند جمع گردد.

ایجاد تعادل بار روی فیدرها یکی از کم‌خرج‌ترین روشهای تنظیم ولتاژ روی فیدرها، ایجاد تعادل بار شبکه‌ توزیع اولیه و بخصوص ثانویه است، بطوریکه از هرسه فاز یک فیدر، جریان‌های مساوی در طول فیدر گرفته شود.

علاوه افت زیاد، تنظیم شدن یک فیدر نامتعادل، تلفات توان نیز در فیدر نامتعادل بیشتر می‌باشد.

همچنین ممکن است ظرفیت‌ ترانسها و وسایل دیگر شبکه اگر اضافه بار یک فاز قبل از ظرفیت نامی خود به حدغیر مجاز برسد و استفاده اقتصادی از اجزاء شبکه در طول فیدر صورت گیرد و نه از خروجی فیدر از پست ناچیز در غیر اینصورت عدم تعادل در قسمتهای مختلف فیدر ممکن است عدم تعادل ولتاژ بوده تنظیم شدن ولتاژ را به همراه داشته باشد.

انتقال بار روی فیدرهای جدید با افزایش تعداد فیدرهایی که یک منطقه را تغذیه می‌کنند بارفیدر کاهش می‌یابد و در نتیجه افت ولتاژ روی هر یک از آنها کمتر خواهد شد.

این روش در مناطقی که دارای رشد سریع بار هستند، بسیار مناسب است، ولی از روشهای گران قیمت تنظیم ولتاژ می‌باشد.

در طراحی شبکه‌های توزیع باید پیش‌بینی گسترش بار را نمود و در نظر گرفتن آن، تعدادی فیدر رزرو را در نظر گرفت.

استفاده از خازن‌های موازی در طول فیدرها این روش یکی از معمول‌ترین و کم‌خرج‌ترین روشهای تنظیم ولتاژ می‌باشد که بعلت آنکه بهبود ضریب توزیع شبکه همراه است.

مزایای ان دوطرفه می‌باشد و اگر به صورت خازن ثابت استفاده گردد، مناسب نیست و تنظیم ولتاژ بخوبی انجام خواهد نشد و بهتر است به صورت خازن‌های سوئیچ‌ شونده طراحی گردد تا در بارهای مختلف بازده‌های ولتاژی یا زمانی بتواند مقدار خازن را بطور پله‌ای وارد مدار نمود، بطوریکه پروفیل ولتاژ در حد مجاز و مناسب باقی بماند.

مقدمه یک شبکه انتقال بطور کلی به ما امکان می دهد تا بوسیله خطوط و کابلهای انرژی الکتریکی تولید شده را از محل تولید تا نقطه مصرف برسانیم.

با گذشت زمان سیستم های مختلفی برای انتقال انرژی بکار گرفته است که می توان آنها را از لحاظ نوع مدار سیستم، جریان و وسایل را مورد نیاز را طبقه بندی کرد.

سیستم های جریان در حال حاضر برای انتقال انرژی الکتریکی از سه سیستم جریان استفاده می شود که عبارتند از: سیستم سه فاز: این سه سیستم ممکن است دارای خطوط سه سیمه یا چهار سیمه باشد.

الف: خطوط سه سیمه: این خطوط در فاز متقارن ZR = ZS = ZT و در ولتاژهای متوسط زیاد مورد استفاده قرار می گیرد.

ب: خطوط چهارسیمه: درباره انتقال و ولتاژهای ضعیف از خطوط چهارسیمه استفاده می شود.

سیستم جریان متناوب: امروزه از سیستمهای جریان متناوب فقط در دو مورد استفاده می کنند: الف: برای تغذیه وسایل برقی خانگی.

وسایل صنعتی و روشنایی که معمولاً به صورت قسمتی از سیستم سه فاز مورد استفاده قرار می گیرد.

50HZ, 220V, 380V ب: در تغذیه قطارهای برقی با فرکانس های مختلف (25HZ, 50HZ, 16.2/6HZ ) سیستم جریان مستقیم در اواخر دهه سوم قرن بیستم، دو طریق برای انتقال انرژی به وسیله جریان مستقیم رواج پیدا کرد.

یکی بوسیله یکسوکننده با فشار زیاد (از فارکس) و دیگری بوسیله استفاده از یکسوکننده های جیوه‌ای.

این طرح نخستین بار در سال 1942 با ولتاژ 80KV و قدرت 16MV و طول 5KM مورد بهره برداری قرار گرفت.

در همان سال کشورهای آلمان، سوئد، سوئیس و آمریکا در شبکه های انتقال از یکسوکننده جیوه‌ای استفاده کردند.

در دهه اخیر با کشف نیمه هادی ها و ساختن تریستورها از این نوع یکسوکننده ها نیز استفاده می گردد.

مزایای سیستم انتقال جریان مستقیم الف: بررسی مسائل پایداری ضروری نخواهد بود.

ب: از زمین می توان به عنوان خط برگشت استفاده نمود.

ج: پیوست شبکه های سه فاز با فرکانسهای مختلف بوسیله سیستم جریان مستقیم امکان پذیر است.

بدون اینکه قدرت شبکه افزایش یابد به سهولت می توان شبکه ها را بسط و توسعه داد.

د: کابلهای جریان مستقیم ارزانتر است و برای مسافت هی طولانی پست‌های وسط طراحی احتیاجی نیست.

محاسبات هر شبکه به کمک مدار معادل آن استفاده می شود.

برای این منظور باید در مرحله نخست عناصر تشکیل دهنده مدار معادل خط را مورد بررسی قرار داد.

در اثر عبور جریانهای متناوب از هادی های موادی در هر یک از آنها ولتاژهای خودالقائی و القای متقابل ایجاد می گردد.

ضریب این ولتاژ القا شده را با L1 نمایش دهند.

هادی های موازی بعلت وجود اختلاف سطح و بار الکتریکی بین آنها به صورت هادی با ظرفیت عمل می کند.

هنگام عبور جریان از هر هادی مقداری از انرژی انتقال داده شده به انرژی حراری تبدیل می شود و به هدر می رود.

این تلفات ناشی از مقاومت اهمی RL در مسیر جریان می باشد.

در نتیجه عبور جریان نفوذی بسیار کم از عایق بین هادی ها و بسبب اثرات کرونا، تلفاتی بوجود می آید که آن را مدار معادل با GL مشخص می نمایند.

عناصر مزبور طوری در مدار معادل قرار داده می شوند که عملکرد آن همانند عملکرد خط انتقال انرژی باشد.

شکل بالا مدار تک خطی یک خط انتقال و همچنین مدار معادل تک فازی آن را نشان می دهد.