شبکه های توزیع برق
انرژی الکتریکی مورد نیاز مشترکین خانگی، تجاری، اداری، کشاورزی، برخی از صنایع کوچک و …توسط شبکه توزیع برق تأمین می شود.
انرژی الکتریکی توسط نیروگاه برق (نیروگاه حرارتی، گازی، آبی، خورشیدی، بادی و … ) تولید می شود. نیروگاه های تولید برق به شبکه های انتقال متصل می شوند تا بدین وسیله انرژی الکتریکی تولید شده را به محل مصرف بارها، منتقل نمایند. اغلب نیروگاه ها دارای ولتاژ حدود 2/13 تا 24 کیلو ولت هستند. لذا جهت کاهش تلفات در انتقال انرژی به نقاط دور، در خروجی نیروگاه ها از ترانسفورماتور افزاینده جهت افزایش ولتاژ تولیدی ژنراتورها به 230 یا 400 کیلو ولت استفاده می شود که به آن خطوط انتقال می شود. لازم به ذکر است حداکثر ولتاژ انتقال در ایران 400 کیلو ولت است.
سپس در نزدیکی شهرها به کمک ترانسفورماتورهای کاهنده ولتاژ به ۱۳۲یا ۶۳ کیلو ولت کاهش می یابد که به آن خطوط فوق توزیع گفته می شود. در ادامه در نزدیکی مراکز بار ولتاژ به 33 یا ۲۰ کیلو ولت و یا ندرتاً ۱۱ کیلو ولت کاهش می یابد (خطوط توزیع فشار متوسط) و سپس در پست های توزیع ولتاژ فشار متوسط به ولتاژ مصرفی 400 ولت تبدیل میشود (خطوط توزیعفشار ضعیف). لازم به توضیح است که در اکثر مناطق ایران از ولتاژ فشار متوسط 20 کیلو ولت استفاده می شود. اما در بعضی از مناطق ایران از جمله استان خوزستان و بعضی از قسمت های استان کهکلویه و بویر احمد و … از ولتاژ 33 کیلو ولت جهت شبکه فشار متوسط استفاده می شود.
با توجه به مطالب فوق، پس از تولید انرژی در نیروگاه باید این انرژی طی مراحلی به مشترکین برسد که این مراحل به شرح ذیل می باشد.
1- شبکه های انتقال: دارای سطح ولتاژ 230 و 400 کیلوولت می باشند و وظیفه انتقال انرژی از نیروگاه تا اطراف شهرها بر عهده این شبکه ها می باشد .
2- شبکه های فوق توزیع: دارای سطح ولتاژ 132 و 63 کیلوولت می باشند و وظیفه انتقال انرژی در اطراف شهرها بر عهده این شبکه می باشد.
3- شبکه های توزیع: شبکه های توزیع به دو قسمت شبکه های فشار متوسط و فشار ضعیف تقسیم می شوند. شبکه های فشار متوسط دارای سطح ولتاژ 33 و 20 و یا به ندرت 11 کیلو ولت می باشند و شبکه های فشار ضعیف دارای سطح ولتاژ 400 ولت می باشند.
شبکه های فشار متوسط از خروجی پست فوق توزیع به سمت مصرف کننده طراحی می شوند. در محل مصرف با استفاده از ترانسفورماتور کاهنده، ولتاژ فشار متوسط به ولتاژ فشار ضعیف تبدیل می شود و این ولتاژ در اختیار مصرف کننده قرار می گیرد. همچنین بعضی از مصرف کننده ها، ولتاژ فشار متوسط را خریداری و سپس در پست های خصوصی خود، ولتاژ را کاهش می دهند.
سیستم توزیع برق با توجه به نوع اتصال به انواع ذیل تقسیم بندی می شود.
شبکه توزیع شعاعی
ساده ترین و ارزان ترین ساختار برای شبکه توزیع، شبکه توزیع شعاعی است. ساختار این شبکه، شبیه به درخت است. در این ساختار حلقه های بسته (رینگ) وجود ندارد؛ به همین خاطر توان از یک شین به شین دیگر تحویل داده می شود. در توپولوژی این سیستم، اگر خطی به هر دلیل قطع شود، ، تأمین توان همه خطوط پایین‌تر از آن نیز با مشکل روبه‌رو میشود. از معایب سیستم توزیع شعاعی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مصرف‌کنندگان به یک فیدر و یک توزیع‌کننده متکی و وابسته‌اند.
- هنگامی که بار روی توزیع‌کننده تغییر کند، مصرف‌کنندگان انتهای توزیع‌کننده دچار نوسانات شدید ولتاژ‌می‌شوند.
این سیستم دارای محدودیت است و تنها برای مسافت های کوتاه کاربرد دارد. سیستم شعاعی را می‌توان با افزودن شین‌های بیشتر گسترش داد.
شبکه توزیع حلقوی (رینگ)
در این سیستم، ترانسفورماتورهای توزیع یک حلقه را تشکیل می‌دهند. مدار حلقه از شین‌های پست شروع میشود و پس از نیرو‌رسانی به منطقه مورد نظر به پست باز می‌گردد. از مزایای شبکه‌های حلقوی، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- افت ولتاژ کمتری نسبت به سیستم شعاعی دارد.
- قابلیت اطمینان بیشتری دارد. زیرا هر پست برق از طریق دو فیدر مجزا تغذیه میشود. در هنگام رخ دادن خطا روی هر بخش از فیدر، پیوستگی تأمین انرژی ادامه پیدا می‌کند. (اگر فیدر اولیه از دست برود یک فیدر جایگزین برای پست برق در دسترس است).
شبکه توزیع مش
سیستم توزیع شعاعی و حلقوی را می توان به راحتی به مش ارتقا داد. این سیستم با واحدهای تولید پراکنده (DG) و منابع تجدیدپذیر قابل ادغام است. از مزایای دیگر این پیکربندی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- امکان تسهیم توان دقیق بارها
- توان اتصال کوتاه بالاتر نسبت به سیستم شعاعی
- پروفایل ولتاژ نسبتاً متعادل و قابلیت اطمینان بالا
- قابلیت تبدیل به ریز شبکه در جزیره
شبکه توزیع مش در کنار مزایا، معایبی نیز دارد. در این سیستم تأخیر ارتباطی یک پارامتر حساس است و همین موضوع منجر به ناپایداری شبکه می شود. هزینه راه اندازی این سیستم و تعمیر و نگهداری آن بالا است.
شبکه مرکب یا تارعنکبوتی:
در این شبکه، هر مصرف کننده حداقل از سه طرف تغذیه می شود. ضریب اطمینان این شبکه ها بالا است و پیاده سازی آن نیاز به هزینه بالا دارد. از شبکه مرکب بیشتر برای نقط حساسی که نباید خاموش باشند (مانند بیمارستان ها) استفاده می شود.
شبکه غربالی:
کامل ترین و پیچیده ترین شبکه توزیع برق، شبکه غربالی است و بالاترین کیفیت سرویس دهی به مشترکین را دارد. در این شبکه هر یک از پست های توزیع به چندین پست توزیع دیگر مرتبط است. در شبکه غربالی می‌توان از یک یا چند شینه فوق توزیع برای تغذیه شبکه استفاده کرد. در صورت بی برق شدن پست فوق توزیع، مشترکین بی برق نمی شوند و از فیدر پست فوق توزیع دیگری تغذیه می‌شوند.
شبکه غربالی معایبی از جمله: پرهزینه بودن دارد.
انواع شبکه های توزیع برق از نظر روش احداث
شبکه های توزیع از نظر ساخت به دو دسته ذیل تقسیم بندی می شوند.
- شبکه های هوایی
- شبکه های زمینی (کابل های زمینی)
محاسن شبکه های هوایی نسبت به زمینی:
- هزینه احداث کمتر
- انشعاب گیری راحت تر
- هزینه تعمیرات و نگهداری کمتر
- عیب یابی راحت تر
معایب شبکه های هوایی نسبت به زمینی:
- در معرض خطر عوامل جوی (طوفان، صاعقه)
- خطر برق گرفتی
- در معرض برخورد اشیاء خارجی، اشجار و پرندگان
- سرقت هادی شبکه
- استفاده راحت تر برای برق غیر مجاز
- آسیب به زیبایی مبلمان شهری
اجزای تشکیل دهنده شبکه توزیع نیروی برق:
- هادی ها شامل سیم های هوایی (مس، آلومینیوم)، کابل زمینی (مس، آلومینیوم)، هادی روکشدار و کابل خودنگهدار
- پایه ها: پایه چوبی که در گذشته استفاده می شده است . پایه های بتونی اچ و گرد که امروزه استفاده می شوند.
- یراق آلات: شامل مقره، کراس آرم، بریس و …
- وسایل حفاظتی: شامل فیوزها و …
- وسایل قطع و وصل: شامل سکسیونر، کات اوت و …
- اتصالات: شامل سر کابل، مفصل و …
لازم به توضیح است که در بخش شبکه های فشار متوسط و فشار ضعیف موارد فوق توضیح داده خواهد شد.
جمع بندی: در این مقاله با انواع سیستم توزیع برق کاربرد، مزایا و معایب هر کدام آشنا شدید. هم چنین ساختار شبکه های توزیع شعاعی، حلقوی، مرکب، مش نیز کامل برای شما شرح داده شد.