سیستم قدرت

سیستم قدرت

تعداد بازدید: 12757
کد مطلب: 10698
تاریخ انتشار: 14:12 02 مرداد 1391

سیستم قدرت

 
 

سیستم قدرت (Power System)، همیشه به عنوان بزرگترین و پیچیده ترین صنعت موجود در جهان یاد می شود و همواره سعی مهندسان حوزه ی انرژی بر این است که این مجموعه را بهبود بخشند و روز به روز با علم روز همراه سازند. سیستم های قدرت به مجموع ای از تولید توزیع و مصرف گفته می شود که در کنار هم به طور منظم و یکپارچه ای کار می کنند.

انرژی الکتریکی رایج ترین شکل انرژی است، زیرا به آسانی و با بازده بالا و هزینه مناسب قابل انتقال است.

اولین شبکه برق در ایالت متحده در سال 1882 در نیروگاه پریل استریت در شهر نیویورک توسط توماس ادیسون تاسیس گردید. این نیروگاه برای روشنایی منطقه جنوبی مانهاتن، قدرت DC تحویل می داد. این قدرت توسط ژنراتورهای DC تولید و بوسیله کابل های زیرزمینی توزیع می گردید. در همان سال، اولین ژنراتور آبی در اپلتون-ویسکانسین نصب شد. در طی چند سال شرکت های زیادی تاسیس گردیدند که همگی تحت امتیاز ادیسون، برای روشنایی انرژی تولید می کردند. به دلیل تلفات بیش از حد در ولتاژ پایین، شرکت های ادیسون می توانستند. فقط در فاصله کوتاهی از نیروگاه های خود انرژی را تحویل دهند.

سیستم های قدرت امروزی، شبکه ای به هم پیوسته و پیچیده است که به طور کلی به چهار قسمت اصلی تقسیم می شود:

1- تولید

2- انتقال و فوق توزیع

3- توزیع

4- بار

 
 

ژنراتور: یکی از عناصر اصلی سیستم های قدرت ژنراتور سه فاز ac هستند که ژنراتور سنکرون یا مولد جریان متناوب نامیده می شود. ژنراتور های سنکرون دارای دو میدان گردان سنکرون هستند، یک میدان توسط نیروی چرخشی رتور در سرعت سنکرون و با جریان تحریک DC تولید و میدان دیگر در سیم پیچ های استاتور و بوسیله جریان های آرمیچر سه فاز تولید می گردد. جریان DC برای سیم پیچ های رتور از طریق سیستم تحریک فراهم می شود. در واحد های قدیمی، تحریک شامل ژنراتور های DC بود که روی همان محور ژنراتور ac نصب شده و تحریک را از طریق حلقه های لغزشی تامین می کردند.

منبع توان مکانیکی که معمولا محرک اولیه نامیده می شود، می تواند توربین های آبی در زیر ریزش آب، توربین های بخار که انرژی آن ها از سوخت هایی مانند زغال سنگ، گاز و مواد هسته ای تامین می گردد، توربین های گازی، یا گاهی اوقات موتورهای احتراقی درون سوز با سوخت نفتی باشد.

در یک نیروگاه برای تامین قدرت مورد نیاز چندین ژنراتور به طور موازی به  شبکه قدرت متصل هستند. آن ها به یک نقطه مشترک که شین نامیده می شود وصل می گردند.

ترانسفورماتور ها: عنصر اصلی دیگر سیستم های قدرت ترانسفورماتور است. این وسیله قدرت را با بازده بسیار بالا از یک سطح ولتاژ به سطح ولتاژ دیگر انتقال می دهد. قدرت انتقالی به ثانویه تقریبا همان قدرت اولیه است، به جز تلفات ترانسفورماتور و حاصلضرب VI در سمت ثانویه که تقریا همان مقدار سمت اولیه است. بنابراین با استفاده از یک ترانسفورماتور افزاینده با نسبت درو a جریان ثانویه به نسبت یک بر روی a کاهش خواهد یافت. این عمل موجب کاهش تلفات در خط انتقال می گردد و انتقال قدرت را در فواصل طولانی میسر می سازد.

نیازمندی های عایقی و دیگر مشکلات عمل طراحی، ولتاژ تولید را به مقادیر پایین مثلا 30KV محدود می سازد. بنابراین، ترانسفورماتور های افزاینده برای عمل انتقال قدرت استفاده می شوند. در سمت دریافت خطوط انتقال، ترانسفورماتور های کاهنده جهت کاهش ولتاژ به مقادیر مناسب برای توزیع و مصرف به کار می روند. در یک سیستم پیشرفته برق، امکان دارد قدرت چهار یا پنج مرتبه میان ژنراتور و مصرف کننده نهایی دچار این تغییرات گردد.

 

 
 

هدف شبکه انتقال هوایی این است که انرژی الکتریکی را از واحد های تولید در نواحی مختلف به سیستم توزیع که در نهایت بار را تامین می نماید انتقال دهد. خطوط انتقال، شرکت های برق مجاور را نیز به یکدیگر متصل می کنند که این اتصال نه تنها موجب توزیع اقتصادی قدرت در نواحی طی شرایط عادی می شود بلکه در شرایط اضطراری، انتقال قدرت میان نواحی را نیز میسر می سازد.

استاندارد ولتاژ انتقال در کشوری مانند آمریکا با استاندارد ANSI مشخص می گردد. خطوط انتقال که با ولتاژی بیش از 60KV کار می کنند به صورت زیر استاندارد شده اند:

ولتاژ خط به خط 69KV,115KV,138KV,161KV,230KV,345KV,500KV,765KV

در ایران 63KV,132KV,230KV,400KV ولتاژهای مرسومی هستند.

معمولا ولتاژهای انتقال بیش از 230KV به عنوان ولتاژ فوق فشار قوی (EHV) شناخته می شوند.

خطوط انتقال فشارقوی به پست ها منتهی می گردند که پست های فشار قوی، پست های دریافت یا پست های اولیه نامیده می شوند. وظیفه بعضی از پست ها کلید زنی برای ورود و خروج مدارها ست که پست های کلید زنی نامیده می شوند. در پست های اولیه، ولتاژ به مقدار مناسب تری برای بخش بعدی انتقال قدرت به بار کاهش می یابد. ممکن است بار مصرف کنندگان صنعتی بسیار بزرگ از طریق سیستم انتقال تامین شود.

بخشی از سیستم انتقال که پست های فشارقوی را از طریق ترانسفورماتورهای کاهنده به پست های توزیع وصل می کند شبکه فوق توزیع نامیده می شود. مرز مشخص و واضحی برای جداسازی سطوح ولتاژ انتقال و فوق توزیع وجود ندارد. برای مثال سطح ولتاژ فوق توزیع در محدوده 69KV الی 138KV قرار دارد. بار بعضی از مصرف کنندگان بزرگ از طریق سیستم فوق توزیع تامین می گردد. برای حفظ ولتاژ خط انتقال معمولا بانک های خازنی و راکتوری در پست ها نصب می گردند.

 

 
 

سیستم توزیع بخشی از سیستم قدرت است که پست های توزیع را به تجهیزات برق در محل مصرف کننده متصل می کند. معمولا خطوط توزیع اولیه در محدوده 4KV تا 34/5KV بوده و بار را  در مناطق جغرافیایی کاملا تعریف شده تامین می کنند.برخی از مصرف کنندگان صنعتی مستقیما از طریق تغذیه کننده های اولیه تامین می شوند.

شبکه توزیع ثانویه ولتاژ را برای مصرف کنندگان تجاری و خانگی کاهش می دهد. خطوط و کابل هایی که کمتر از چند صد فوت طول دارند قدرت را به هر یک از مصرف کنندگان تحویل می دهند.

ولتاژ های سیسیتم توزیع ثانویه که اکثر مصرف کنندگان را تغذیه می کنند عبارتند از: 120/240V یکفاز با سه سیم، 208/120V سه فاز ستاره با چهار سیم، 480/277V سه فاز ستاره با چهار سیم.

سیستم های توزیع به صورت هوایی و زمینی هستند. رشد سیستم توزیع زیرزمینی بسیار سریع بوده است و حدود 70% ساخت و سازهای جدید خانگی از طریق شبکه زیرزمینی تامین می شوند.

 

 
 

بارهای سیستم های قدرت به صنعتی، تجاری و خانگی تقسیم بندی می شوند. بارهای صنعتی بسیار بزرگ از طریق سیستم انتقال و بارهای صنعتی بزرگ از طریق شبکه فوق توزیع تامین می گردند. بارهای صنعتی کوچک به شبکه توزیع اولیه وصل می شوند. بارهای صنعتی بارهایی مرکب هستند و موتورهای القایی قسمت اعظم این بار ها را تشکیل می دهند. این بارهای مرکب تابع ولتاژ و فرکانس بوده و بخش اصلی بار سیستم را تشکیل می دهند. بخش بزرگی از بارهای تجاری و خانگی شامل روشنایی، گرمایش و سرمایش است. این بارها مستقل از فرکانس بوده و توان راکتیو ناچیزی مصرف می کنند.

توان حقیقی بارها برحسب کیلووات یا مگا وات بیان می گردد. اندازه بار در طی روز متغیر بوده و قدرت باید مطابق تقاضای مصرف کننده تامین شود.

منحنی بار روزانه یک شرکت برق ترکیب تقاضاهایی است که گروه های مختلف مصرف کنندگان نیاز دارند. بیشترین مقدار بار در طی یک 24 ساعت را اوج مصرف گویند. برای تامین اوج بار که فقط در طی چند ساعت رخ می دهد ژنراتورهای کوچک تری راه اندازی می شوند. برای ارزیابی سودمندی نیروگاه، ضریب بار تعریف می گردد. نسبت بار متوسط در طی یک دوره زمانی مشخص به اوج بار که فقط در طی چند ساعت رخ می دهد ضریب بار می گویند. ضرایب بار را می توان برای یک روز، یک ماه یا یک سال تعیین نمود. از آنجایی که یک سال نشان دهنده یک چرخه زمانی کامل است ضریب بار سالانه مفید ترین شکل ضریب بار است.

 
 

بعد از تولید الکتریسیته در نیروگاه های تولید برق، این انرژی باید به دست مصرف کننده ها برسد. تمام شهرها و استان های کشور با خطوط انتقال برق پوشش داده شده است. این خطوط نیرو، الکتریسیته را به نقاط مختلف منتقل می کنند.

با گردش مولدهای عظیم برق، الکتریسیته با ولتاژی در حدود 25000 ولت تولید می شود. ولت، واحدی است که برای اندازه گیری نیروی محرکه ی الکتریکی به کار می رود. این نیروی محرکه ی الکتریکی است که در یک مدار الکتریکی، الکترون ها را «هل می دهد». واحد «ولت» از نام الساندرو ولتا که یکی از فیزیکدانان ایتالیایی که مخترع اولین باتری است، گرفته شده است.

الکتریسیته ی تولیدی در نیروگاه ابتدا به ترانسفورماتور می رود که ولتاژ آن را تا 400000 ولت بالا می برد. وقتی می خواهیم الکتریسیته را در مسافت های طولانی منتقل کنیم بهتر است ولتاژ بالایی داشته باشد. به عبارت دیگر اگر ولتاژ الکتریسیته بالاتر باشد، انتقال آن بهینه تر صورت خواهد گرفت.

سیم های بلند انتقال برق، از جنس مس یا آلومینیم هستند چون مقاومت کمتری دارند. همانطور که در مطلب (مقاومت و الکتریسیته ساکن) به خاطر داریم که هر چقدر مقاومت سیم بیش تر باشد، گرم تر خواهد شد. بنا براین قسمتی از انرژی الکتریکی تبدیل به گرما خواهد شد و به این صورت به هدر خواهد رفت. در انتقال برق فشار قوی (با ولتاژ بالا) الکتریسیته از طریق خطوط نیرو به ایستگاه های فرعی منتقل می شود.

 
 

An electric power system is a network of electrical components used to supply, transmit and use electric power. An example of an electric power system is the network that supplies a region's homes and industry with power - for sizable regions, this power system is known as the grid and can be broadly divided into the generators that supply the power, the transmission system that carries the power from the generating centres to the load centres and the distribution system that feeds the power to nearby homes and industries. Smaller power systems are also found in industry, hospitals, commercial buildings and homes. The majority of these systems rely upon three-phase AC power - the standard for large-scale power transmission and distribution across the modern world. Specialised power systems that do not always rely upon three-phase AC power are found in aircraft, electric rail systems, ocean liners and automobiles.

 
 
نظرات درباره این مطلب
 
 
نام
پست الکترونیک
نظر
 
CAPTCHA Image
Reload Image
 
مطالب مرتبط