طراحی ساخت شبکه های MV

طراحی ساخت شبکه های MV

---

طراحی، ساخت و عملکرد سیستم های توزیع، شبکه های MV

طراحی ساخت شبکه های MV

حجم فایل:۴٫۶۸MB

تعدادصفحه : ۱۹۵صفحه

فرمت فایل: PDF

قیمت فایل : رایگان

مقدمه

فلسفه طراحی سیستم توزیع، از کشوری به کشور دیگر متفاوت است. استانداردهای بکار رفته در هر کشور، به طرق اولیه عرضه الکتریسیته و برق رسانی بستگی دارد چه بصورت کشورهای پیشگام در امر برق رسانی و چه کشورهایی که بعداً منابع مهندسی آنها توسط کشورهای برق رسان، تطبیق داده شده است. متون زیادی در مورد طراحی و برنامه ریزی شبکه های توزیع برق منتشر شده است [۱,۲,۳] که تمام جوانب را تحت پوشش قرار داده اند.

با این حال برخی جوانب خاص از طراحی شبکه های توزیع وجود دارند که مستقیماً بر اجرای مؤثر و کارآمد اتوماسیون توزیع تأثیر می گذارند. بخصوص ساختار شبکه و انعطاف پذیری آن برای پیکربندی مجدد، همراه با روشهای اتصال به زمین که بر تعیین محل خطا تأثیرگذار هستند. این دو ناحیه را که بر انتخاب سیستم های اتوماسیون توزیع تأثیر دارند، در این فصل مورد بررسی قرار خواهیم داد.

این فصل، تنها به جوانبی از طراحی شبکه نظر دارد که با اتوماسیون تقابل داشته و دانش مبنا و اساسی را برای این تعامل فراهم می کند، بخصوص:

• اینکه عملکرد شبکه تابعی از محتوا و مقدار سوئیچینگ و تنظیم تجهیزات الکترونیکی و الکتریکی، ساختار آن و سطح اتوماسیون می باشد.
• اینکه زمان سپری شده توسط خدمه و اپراتورها در یک شبکه، به ساختار آن و سطح اتوماسیون بستگی دارد.
• اینکه سیستم تقویت باید به تأخیر بیفتد اگر که از اتوماسیون برای فراهم ساختن یک روش سریع العمل جهت انتقال بار استفاده شده باشد.
• اینکه اتوماسیون می تواند تأثیر قابل ملاحظه ای بر کنترل ولتاژ سیستم داشته باشد.
• اینکه چون بیشترین مدت قطعی برق مشترکین توسط شبکه ولتاژ متوسط (MV) ایجاد می شود، لذا تأسیسات می خواهند که ابتدا این را آزمایش کنند اما اکنون مشخص شده است که توجه به شبکه های ولتاژ پایین (LV) می تواند مزایایی را با خود به همراه داشته باشد.

شبکه توزیع

شبکه توزیع، شبکه ای است که کار توزیع را انجام می دهد. توزیع در واقع، انتشار و گستردن یک چیز است که در زمینه مورد نظر ما، این چیز، همان الکتریسیته می باشد. شبکه، سیستمی از خطوط می باشد که بین آنها ارتباطاتی وجود دارد. بنابراین، شبکه توزیع، سیستمی از خطوط الکتریکی مرتبط با هم می باشند که نیروی الکتریکی (برق) را از منبع، به تعدادی از نقاط بار انتقال می دهند.
یک شبکه بطور عادی در یک ولتاژ عمل می کند؛ برای مثال، ولتاژ متوسط یا ولتاژ پایین، و با استفاده از ترانسفورماتور، به شبکه هایی با ولتاژ متفاوت متصل می شود. برای مثال، یک شبکه ۲۰kV می تواند در یک پست ۱۱۰/۲۰kV به شبکه ۱۱۰kV متصل شود و یا اینکه شبکه ۲۰kV را می توان با استفاده از ترانسفورماتورهای ۲۰/۰٫۴ kV برای پشتیبانی از یک شبکه ولتاژ پایین بکار گرفت.

 

در شکل ۳-۱ یک شبکه توزیع ساده با یک فیدر نشان داده شده است. در بالای دیاگرام، یک باس بار در پست مبدأ وجود دارد که در ۲۰kV کار می کند و یک فیدر نیز نشان داده شده است که این باس بار را ترک می کند.
این فیدر، ۱۱ پست توزیع را پشتیبانی می کند که برای هر یک از آنها از یک ترانسفورماتور کاهنده تا ۴۰۰V استفاده شده و سپس به یک شبکه ولتاژ پایین خورانده شده است. در این فیدر، برخی از انواع متفاوت ابزارهای سوئیچینگ و تنظیم تجهیزات، گنجانده شده است که بعداً با آنها برخورد خواهیم داشت.

شکل ۳-۱- یک شبکه کلی توزیع با ولتاژ متوسط

در عمل، یک شبکه می تواند دارای بیش از یک فیدر متصل به باس بار منبع بوده و در نتیجه شبکه حاصل، همانطور که در شکل ۳-۲ نشان داده شده است، می تواند کاملاً پیچیده باشد. این شبکه، ۵۰MVA را برای یک شهرک کوچک در آلمان تأمین کرده و در ۲۰kV کار می کند. این ولتاژ از دو ترانسفورماتور ۱۱۰/۲۰kV تأمین گردیده که هر یک در دو پست منبع قرار داشته و بخشی از شبکه را تغذیه می کنند اما هرگز به صورت موازی عمل نمی کنند.
دو باس بار به صورت فعال، شبکه را پشتیبانی می کنند و بقیه باس‌بارها نقاط پیشین را بدون ترانسفورماتور پشتیبانی کرده و در حال حاضر فقط نقاطی را سوئیچ می کنند که باعث می شود شبکه از لحاظ عملیاتی تا حدودی انعطاف پذیر گردد.

 

در واقع این شبکه یک ترانسفورماتور سوم هم دارد که بطور عادی به یک سیستم ۱۱۰kV متصل بوده ولی مدارشکن ۲۰kV خارج شده از آن، باز می باشد و اغلب آن را آماده به کار (standby) می نامند تا بتواند در صورت وقوع خطا و نقص در ترانسفورماتورهای دیگر، جریان متناوب را تأمین نماید.
خاطر نشان می شود که طراحی شبکه ای که به آسانی کار می کند، با طراحی شبکه ای که خوب کار می کند کاملاً متفاوت بوده و طراحی شبکه ای که بسیار خوب کار می کند، بسیار دشوار است. اما از آنجا که شبکه توزیع یکی از دارایی های فیزیکی و اولیه شرکتهای توزیع برق می باشد لذا صرفه اقتصادی و توجه مهندسی را به طراحی شبکه ای معطوف می دارد که نیازمندیهای مالکان شرکت را به بهترین نحو برآورده سازد.

طراحی بهینه یک شبکه توزیع

طراحی بهینه یک شبکه توزیع، فرآیندی پیچیده است که به متغیرهای زیادی وابسته است و گاهی رابطه این متغیرها نیز به تأسیسات و کاربریهای مربوطه، بستگی دارد. برای مثال سطح اختلال و اغتشاش هارمونی می تواند برای یک کاربری بینهایت مهم بوده ولی برای کاربری دیگری چنین نباشد. همچنین روابط آن در مورد یک کاربری می تواند از شبکه ای به شبکه دیگر متغیر باشد. با گذشت زمان، میزان تقاضا از یک شبکه تغییر کرده و لذا طراحی آن نیز تغییر خواهد کرد. گاهی فشار از سوی مصرف کننده نهایی موجب تغییر می شود و گاهی اثرات کنترلی مقررات در زمینه خصوصی سازی تأسیسات برق، منجر به تغییر می شود. در سایر موارد نیز توسعه یک تکنولوژی جدید از قبیل عرضه ریکلوزر باعث می شود که مهندس طراح، سیاستهای موجود را مورد ارزیابی مجدد قرار دهد.

توسعه نرم افزاری برنامه ریزی شبکه

توسعه نرم افزاری برنامه ریزی شبکه، موجب بهبود دقت طراحی شده و به مهندس طراح گزینه های بیشتری را ارائه نموده است که در نگاه نخست، مزیتی عمده به شمار می آید اما باید گفت که نرم افزار، تنها یک ابزار است و فقط زمانی نتیجه تخصصی را به بار خواهد آورد که توسط یک مهندس ماهر و خبره بکار گرفته شود. هر کشوری دارای مقررات منطقه ای خاص خود می باشد از قبیل اینکه شبکه های برق باید چگونه کار کنند.

قانونگذاری

قانونگذاری اغلب پیچیده است اما نیاز اساسی مهندسی آن است که شبکه منطبق با وظیفه ای باشد که از آن خواسته شده است و در ضمن حفاظت صحیحی از آن بعمل آید تا بتواند مانع از کارکرد خطرناک شبکه گردد.
بطور معمول محدودیتهایی در مورد ولتاژ و فرکانس وجود دارد. با افزایش خصوصی سازی، قوانینی در رابطه با کیفیت برق مورد انتظار مصرف کنندگان از لحاظ مدت و دفعات قطعی برق بوجود آمده است.

 

شکل ۳-۲- نموداری شماتیک از شبکه تغذیه کننده MV از یک واحد شهری ۵۰MW

طراحی شبکه ها

طراحی شبکه ها بسیار پیچیده می باشد زیرا متغیرهای زیادی وجود دارند که برخی از آنها با هم تعامل دارند. مهمترین این متغیرها ممکن است اینگونه باشند:

1. انتخاب ولتاژ
2. انتخاب میان شبکه های زیرزمینی یا رو زمینی
3. سایز بندی و به اندازه رسانی پست توزیع
4. ساختار شبکه جریان رو به بالا
5. عملکرد مورد نیاز شبکه
6. پیچیدگی شبکه
7. نیازمندیهای کنترل ولتاژ
8. نیازمندیهای بارگذاری جریان
9. رشد بار
10. انتخاب روش اتصال به زمین سیستم
11. اتلاف ها
12. کشوری که شبکه در آن واقع است.
13. هزینه نصب طرح انتخابی
14. هزینه داشتن شبکه بعد از ساخت

برخی از این فاکتورها بر هزینه سرمایه شبکه تأثیر می گذارند در حالیکه برخی دیگر از آنها بر هزینه سود و عایدی تأثیرگذار می باشند. با این حال در صورتی که هزینه چرخه حیات را به صورتی که پروسه طراحی می شود در نظر بگیرند می توان این دو فاکتور را با هم تلفیق نمود. در این زمینه، هزینه چرخه حیات کلی را می توان به صورت هزینه سرمایه به اضافه ارزش خالص فعلی هزینه سود برای حیات شبکه تعریف نمود.
بطور واضح، هزینه سرمایه و هزینه سود می توانند به یکدیگر وابسته باشند که بعنوان مثال می توان به تلفات برق اشاره نمود که در آن، افزایش هزینه سرمایه می تواند ارزش و مقدار تلفات را تا نقطه ای کاهش دهد که افزایش سرمایه گذاری در آن نقطه، از لحاظ اقتصادی رضایت بخش باشد.

انتخاب ولتاژ

در بیشتر موارد،‌مهندس طراح شبکه، برای انتخاب ولتاژی که شبکه در آن ولتاژ کار خواهد کرد،‌ آزادی عمل ندارد. این می تواند ناشی از آن باشد که قبلاً سطح ولتاژ بکار گرفته شده، استاندارد سازی شده است. برای مثال،‌۱۱kV ولتاژ نرمال شبکه توزیع در بریتانیا می باشد و در بیشتر موارد، ولتاژ عملیاتی شبکه ولتاژ پایین از قبل توسط قانون کشور مربوطه یا برخی فعالیتهای تثبیت شده دیگر، انتخاب شده است.

انتخاب ولتاژ برای پشتیبانی از مصرف کنندگان صنعتی، انعطاف پذیری بیشتری را فراهم کرده و یک قانون کلی و عمومی وجود دارد مبنی بر اینکه هرچه بار بیشتر باشد، ولتاژ نیز بیشتر خواهد بود.
برخی از مصرف کنندگان صنعتی آشفتگی هایی را ایجاد می کنند که بر سایر مصرف کنندگان تأثیر خواهد داشت و این بطور معمول توسط ارتباط و اتصال در بالاترین ولتاژ پایدار، تخفیف و کاهش داده می شود. برای مثال، ۲۵kV تک فاز یک ولتاژ کلی معمول برای منابع کشش ریلی می باشد و پست های پشتیبان معمولاً از یک ولتاژ ۱۱۵kV یا لبالاتر تغذیه می کنند.

مباحث و توضیحات زیادی در مورد انتخاب ولتاژ میان ۶٫۶ و ۳٫۳kV برای توزیع ثانویه وجود دارد. طراحی به فاکتورهای زیادی بستگی خواهد داشت از جمله هزینه مواد بکار رفته برای شبکه. در اروپا، ولتاژهایی در حدود ۲۰kV متداول می باشند که این اطمینان را بوجود می آورند که منبع خوبی از سخت افزارهایی با قیمت رقابتی در دسترس می باشد که در عوض نیرویی در جهت انتخاب ولتاژ ۲۰kV را بعنوان ولتاژ توزیع ثانویه ایجاد می نماید.
در مقابل، ولتاژهای بکار رفته در ایالات متحده، در محدوده ۱۳-۲۵kV می باشد. اما یک قانون طلایی آن است که برای انتقال مقداری برق، با افزایش ولتاژ، لازم است که جریان کاهش یابد. بخاطر اینکه اتلاف الکتریکی متناسب با مربع جریان است، پس در ولتاژهای بالاتر،‌مدارهای توزیع طولانی تر، می تواند از کارایی و تأثیر بیشتری برخوردار باشد.

 

 

طراحی ساخت شبکه های MV

طراحی ساخت شبکه های MV

طراحی ساخت شبکه های MV

طراحی ساخت شبکه های MV

طراحی ساخت شبکه های MV