تحقیق بررسی كاربرد انرژي برق

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
تحقيق بررسي كاربرد انرژي برق در 58 صفحه ورد قابل ويرايش

مقدمه

به همان اندازه كه سلولهاي اندام يك موجود زنده به خون نياز دارد اندام جوامع صنعتي نيز محتاج جريان الكتريكي مي باشد. زندگي امروز ديگر بدون شبكه وسيع انرژي الكتريكي كه با انشعابات زياد مجتمعهاي بزرگ و كوچك صنعتي و مسكوني را تغذيه مي نمايند قابل تصور نيست. انرژي الكتريكي در مقايسه با ساير انرژي‌ ها از محاسن ويژه اي برخوردار است. به عنوان نمونه مي توان خصوصيات زير را نام برد:

1- هيچ گونه محدوديتي از نظر مقدار در انتقال و توزيع اين انرژي‌ وجود ندارد.

2- عمل انتقال اين انرژي‌ براي فواصل زياد به سهولت امكان پذير است.

3- تلفات اين انرژي‌ در طول خطوط انتقال و توزيع كم و داراي راندمان نسبتاً بالايي است.

4- كنترل و تبديل و تغيير اين انرژي‌ به ساير اين انرژي‌ ها به آساني انجام پذير است.

به طور كلي هر سيستم انرژي‌ الكتريكي داراي سه قسمت اصلي مي باشد:

1- مركز توليد نيروگاه 2- خطوط انتقال نيرو 3- شبكه هاي توزيع نيرو

معمولاً نيروگاهها با توجه به جوانب ايمني و اقتصادي و به خصوص با توجه به نوعشان (آبي، بخاري و گازي). درمسافتي دور از مصرف كنندگان ساخته مي شود. وظيفه خطوط انتقال نيرو با تجهيزات مختلف مربوطه، اين است كه انرژي توليد شده را به شبكه هاي توزيع منتقل نمايند.

عمل انتقال نيروهاي برق با فشار الكتريكي كم امكان پذير نيست بلكه جهت انتقال از فشار الكتريكي زياد استفاده مي شود، كه بعداً در محل نزديكي مصرف به فشار الكتريكي كم تبديل شده و توزيع خواهد شد. اگرچه جهت مصرف كنندگان عمده نيز امكان تغذيه با فشار كم وجود دارد ولي در اين گونه موارد بهتر است كه مستقيماً انشعاب فشار قوي داد.

خلاصه اينكه در هر مجتمع بزرگ صنعتي و يا در هر شهري حداقل يك شبكه فشار قوي بايستي وجود داشته باشد تا در نقاط مختلف شبكه هاي فشار ضعيف را تقويت كنند و انتخاب اين فشار تابع بزرگي محل و بار شبكه خواهد بود. براي اين كه بتوان سيستم هاي مختلف انتقال و توزيع نيروي برق را به يكديگر مرتبط نمود از فشارهاي استاندارد شده زير استفاده مي شود:

v(230-400)


kv(11-20-33)


kv(63-132)


kv(230-400)

فشار ضعيف


فشار متوسط


فشار قوي


فشار خيلي قوي

در ايران جهت استفاده تغذيه مصرف كنندگان عموماً از جريان متناوب فشار ضعيف (v220/v380) استفاده مي شود. همچنين جهت استفاد تغذيه پستهاي فشار ضعيف (380) ولتي و فشار متوسط kv20 جهت تغذيه پستهاي فشار متوسط از فشار قوي 63 كيلو ولت استفاده مي شود.

نقش شبكه توزيع (فشار ضعيف و فشار متوسط) يك شهر را چه از نظر حجم و چه از نظر وسعت و چه از نظر ارزش و اهميت مي توان به مويرگهاي بدن تشبيه نمود كه به مزين و مهتدين فطينو يعني تغذيه مصرف كنندگان را عهده دار مي باشند.

حال براي درك بهتر از مطلب سيستم توزيع نيروي برق و تقسيمات آن به شرح سيستم برق مي پردازيم.
تشريح سيستم برق

با وجود اين كه سيستم قدرت الكتريكي استاندارد وجود ندارد نموداري شامل اجزاء متعدد كه معمولاً در ساختار چنين سيستمي يافت مي شود در شكل (1) نشان داده شده است.

بايد به اجزاء آن توجهي ويژه داشت زيرا اجزاء مزبور سيستم توزيع را خواهند ساخت. در حالي كه به وضوح جهت جريان انرژي از نيروگاه به طرف مصرف كننده است براي رسيدن به مقصود اگر جهت نگرش خود را تغير دهيم و وقايع را از پشت مصرف كننده به سمت نيروگاه ملاحظه نماييم مي تواند آگاهي دهنده باشد.

انرژي‌ بوسيله مصرف كننده در ولتاژ نامي كار، بهره برداري مي شود كه به طور كلي (در آمريكا) در محدوده 110 تا 125 ولت و 220 تا 250 ولت مي باشد. انرژي‌ از يك دستگاه اندازه گيري عبور نموده و ميزان مصرف و صورت حساب مشترك مشخص مي‌گردد، ولي ممكن است در بدست آوردن اطلاعات براي برنامه ريزي، طراحي و بهره برداري بعدي نيز كمك نمايد. معمولاً دستگاه اندازه گيري شامل وسيله‌اي است كه مصرف كننده را از شبكه ورودي جدا مي كند كه اين به هر دليلي كه باشد ضرورت خواهد داشت.

انرژي‌ از هادي ها به دستگاه اندازه گيري در مدار فشار ضعيف جاري مي شود. اين هادي ها به عنوان سرويس دهنده مصرف كننده يا انشعاب مشتركين مي باشند. مشتركين زيادي از شبكه فشار ضعيف انشعاب مي گيرند. شبكه هاي فشار ضعيف به اين صورت است كه برق را به مشتركين تحويل مي دهد و خود از ترانسفورماتورهاي توزيع تغذيه مي شود. در ترانس ولتاژ انرژي تحويلي از م قدار فشار متوسط به مقادير فشار ضعيف مصرفي كه قبلاً ذكر شده كاهش پيدا مي كند. ترانس ها در مقابل اضافه بارها و اتصال كوتاهها به وسيله فيوزها با رابط هاي حفاظتي كه طرف فشار قوي قرار مي گيرند حف اظت مي شوند و در طرف فشار ضعيف ترانس هم كليد قدرت (دژنكتور) قرار مي گيرد.

فيوزها و رابطهاي حفاظتي در مواقع عيب داخلي خود ترانس نيز عمل مي‌كند. كليدهاي قدرت طرف فشار ضعيف يا ثانويه ترانس فقط در مواقع اتصالي يا اضافه بار ايجاد شده در طرف فشار ضعيف و انشعابات مصرف كننده عمل مي كند. همچنين در خطوط هوايي ترانس توسط برق گير در مقابل رعد و برق يا ولتاژهاي موجي خط محافظت مي شود و قبل از صدمه زدن به ترانس به زمين تخليه مي شود. ترانسي كه به مدار فشار متوسط وصل مي شود ممكن است داراي انشعابات فرعي باشد كه به يك فاز از سه فاز معمولي اصلي متصل شود. اين انشعاب معمولاً از طريق فيوز خط يا فيوز جدا كننده صورت مي گيرد و در موقع وقوع اتصالي يا اضافه بار در مدار فرعي آن را از مدار داخلي جدا مي نمايد.

مدارات سه فاز اصلي ممكن است داراي انشعاب هايي متعدد سه فاز باشد كه گاهي از طريق كليدها و گاهي اوقات از طريق فيوزهاي جدا كننده يا فيوزهاي خط ديگر به يكديگر متصل شوند. در بعضي موارد تعدادي از انشعابات فرعي سه فاز مي توان از طريق كليدهاي مجدد نيز به مدار اصلي سه فازه متصل شوند، به هنگام وقوع اتصالي در انشعابات فرعي، كليدهاي وصل مجدد عمل مي كنند و انشعابات فرعي را از اصلي جدا مي نمايند با اينكه فيوزها يا جدا كننده هاي خط هم اين كار را انجام مي‌دهند، ولي قبل از اين كه انشعابات فرعي به طور دائمي باز بماند، كليد وصل مجدد مي‌تواند دوباره انشعاب فرعي را به اصلي وصل كرده و با تاخير زماني از پيش تنظيم شده، آن را چند مرتبه برقرار كند.

اين عمل به اين خاطر انجام مي شود كه ممكن است يك اتصال صرفاً طبيعي گذرا داشته باشد مانند افتادن يك شاخه درخت روي خط. پست توزيع از طريق شينه ايستگاهي، شبكه سه فاز را تغذيه مي نمايد. زماني شبكه سه فاز به عنوان يك مدار يا فيدر ناميده مي شود كه از طريق يك كليد قدرت تحت حفاظت و گاهي اوقات از طريق يك تنظيم كننده ولتاژ به شينه متصل مي گردد. معمولاً تنظيم كننده ولتاژ شكل تغيير يافته يك ترانس است كه كمك مي كند تا ولتاژ خروجي در تغذيه كننده ولتاژ در بعضي موارد به جاي اين كه ولتاژ يك تغذيه كننده قار مي گيرد تا ولتاژ آن تغذيه كننده جزء را تنظيم نمايد.
عوامل موثر در اتصالي كابلها

معمولاً كابلها به علت اينكه در خاك دفن مي شوند امكان معيوب شدن آنها نيز هست. عواملي از ق بيل پوسيدگي كابل، كلنگ خوردگي، نفوذ آب در كابل، ضربه‌هاي مكانيكي وارد به كابل، كشيدن جريان بالا از كابل، رعايت نكردن اصول دفن كردن كابل در خاك، خمش بيش از حد كابل، كابل كشي و جريان ندادن در كابل طي مدت طولاني و… كه باعث به وجود آمدن اتصالي در كابل مي شود و كابل دچار عيب مي شود.
عيب‌يابي و اكيب عيب ياب

بنا به دلايل بالا در اداره برق براي پيداكردن عيب كابل واحدي به نام اكيپ عيب‌يابي كابل وجود دارد كه در گروههاي فشار ضعيف (380 ولت)، فشار متوسط (20 كيلوولت)، فشار قوي (63 كيلوولت) تقسيم مي شوند. در عيب‌يابي فشار ضعيف معمولاً كابل هاي حامل ولتاژ 10-5 كيلو ولت عيب‌يابي مي شود قسمت عيب‌يابي زير نظر ديسپاچينگ هر منطقه قرار دارد و كار عيب‌يابي تشخيص عيب كابل دفن شده در زمين و اطلاع آن به ديسپاچينگ براي رفع عيب توسط اكيپ مفصل بند مي باشد.

در كل استان تهران به شش قسمت شمال شرق، شمال غرب، جنوب شرق، جنوب غرب، مركز تقسيم شده است كه هر كدام اكيپ خاصي از عيب‌يابي در منطقه دارد كه مكان مورد نظري را كه اينجانب در آن واحد كارآموزي خود را گذراندم اكيپ عيب‌يابي كابلاي 20 كيلوولت شركت توزيع برق منطقه اي شمال شرق مي باشد. كه مناطق پاسداران، شميرانات، نارمك، تهرانپارس، لواسانات، رودهن، بومهن، جاجرود و… زير پوشش واحد و اكيپ عيب‌يابي شمال شرقي تهران مي باشد براي توضيح كار عيب‌يابي اين نكته را بايد در نظر گرفت كه اگر كابلي دچار عيب و يا اتصالي شود در پست مربوط به همان كار رله هاي حفاظتي مانند سكسيونر و ديژنگتورها عمل كرده و بار موجود روي كابل را قطع مي كنند.

با قطع شدن كليدهاي حفاظتي اكيپ حوادث اطلاعات مورد نظر را به ديسپاچينگ منطقه مربوطه ارائه مي كند يعني منحل قطع شدگي و يا اينكه اتصالي در كدام كابل مي‌باشد اطلاع مي دهد قسمت ديسپاچينگ وجود عيب را به اكيپ عيب‌ياب اطلاع داده سپس اكيپ به محل مورد نظر اعزام مي شوند.

قبل از انجام هرگونه عمليات بايد اكيپ حوادث نيز در محل حاضر باشند تا اجازه كار را به اكيپ عيب ياب بدهند. نقش اكيپ حوادث در خطوط 20 كيلوولت بسيار اهميت داد اين اكيپ با هماهنگي بين اكيپهاي ديگر مخصوصاً اكيپهاي مفصل بند و هوايي عهده دار قطع و وصل برق را از پستها دارند زيرا در صورت اشتباه از اين اكيپ مسائل غير قابل جبراني به وجود مي آيد به همين دليل تمام اكيپ ها بايد قبل از انجام عمليات از اكيپ حوادث اجازه كار بگيرند تا حادثه‌اي پيش نيايد.

پس از اجازه كار به اكيپ عيب‌يابي اين اكيپ خود را شرع كرده و محل اتصالي را پيدا نموده و به ديسپاچينگ منطقه اي اطلاع داده و ديسپاچينگ منطقه‌اي نيز گروه مفصل بند را خبر كرده تا محل را حفاري و عيب كابل را برطرف كرده و با قراردادن مفصل عيب مورد نظر را از بين ببريد.
وظيفه اكيپ عيب‌ياب

1- پيدا كردن حل اتصالي در كابلها

2- مسيريابي

3- تست ترانس

4- تعيين كابل

كه نحوه اجراي اين وظايف در قسمتهاي بعد توضيح داده خواهد شد. براي پيدا كردن اتصالي روي كابل بايد مراحل و عملياتهاي مختلفي را روي آن انجام داد كه اين عمليات توسط دستگاههايي انجام مي شود.
دستگاه هاي مورد استفاده در عيب‌يابي كابلهاي 20 كيلوولت

از جمله دستگاههاي كه در بخش عيب‌يابي كابلهاي 20 كيلوولت استفاده مي شود دستگاههاي زير است كه تمام اين دستگاههاي در اتومبيل مخصوصي نصب مي‌شود.

1- دستگاه تستر

2- دستگاه كابل سوز

3- دستگاه رفلكتور

4- دستگاه تخليه

5- دستگاه فركانس صوتي

كه در زير به عملكرد تك تك اين دستگاهها مي‌پردازيم.
دستگاه تستر و عملكرد آن

اولين دستگاهي كه در پيدا كردن اتصال كابل مورد استفاده قرار مي گيرد دستگاه تستر است وظيفه اصلي اين دستگاه پيدا كردن فازهاي معيوب در كابل مي باشد همانطور كه مي دانيد يك كابل 20 كيلوولت معمولاً از سه رشته تشكيل شده است. R,S,T با اين دستگاه مي توان پي به معيوب بودن هر كدام از فازها برد.

همچنين از اين دستگاه در پست ترانس نيز استفاده مي شود. عملكرد اين دستگاه در تشخيص فاز معيوب به اين صورت است كه اين دستگاه پس از متصل شدن كابلهاي رابط از داخل اتومبيل عيب‌يابي به فازها، به ترتيب به هر فاز جداگانه از طريق اين دستگاه مي توان ولتاژي را اعمال كرد. همانطور كه در شكل مشخص است آ‌خرين رنج اين دستگاه 80 كيلوولت است كه البطه ولتمتر دستگاه براي رنج 80 كيلوولت و نيز 40 كيلوولت درجه بندي شده است همانطور كه در شكل پيداست دكمه هايي روي دستگاه وجود دارد كه رنج هاي مختلف ولتاژي و آمپراژي را تعيين مي كنند.

همچنين يك ولم براي بالا بردن تدريجي ولتاژ دستگاه نيز ديده مي شود. پس از اعمال ولتاژ روي كابل و بالا بردن ولتاژ به صورت تدريجي اگر مشاهده شود كه آمپر متر جرياني را نشان مي دهد مشخص مي شود كه كابل در حال كشيدن جريان است پس فاز مربوطه معيوب شناخته مي شود. معمولاً جريان 6/0 ميلي آمپر جريان مجاز شناخته مي شود و بيشترين آن جريان غير عادي تلقي مي شود.

عملكرد اين دستگاه در تست ترانس بدين صورت است كه:

كابل رابط را از داخل اتومبيل عيب‌يابي به يكي از بوشينگهاي فشار قوي وصل كرده و به همان منوال كه ذكر گرديد ولتاژ به ترانس القا مي شود. هرگاه آمپر متر آمپراژي را غير از آمپر مجاز نشان داد ترانس معيوب تشخيص داده مي شود.

پنچر كردن كابل

در مواقعي كه بخواهند كابلي را تعويض و يا تغيير مسير دهند و يا روي كابل مانور عملياتي انجام دهند و احتياج به قطع كابل داشته باشند (قابل توجه است كه كابل دچار اتصالي نمي باشد) پس از تعيين كابل توسط اكيپ عيب‌يابي براي اينكه در تشخيص صحيح كابل اطمينان كافي به اكيپ مفصل بند داده شود تا احياناً براي كارگري كه مي خواهد كلنگ بزند و قطع كند مشكلي پيش نيايد اكيپ عيب‌ياب موظف است عمليات «پنچر كردن كابل» را انجام دهد.

به اين ترتيب كه اين كار را با «تفنگ تپانچه‌اي شكل» به انجام مي رسانند كه همانطور كه در شكل مربوطه مي بينيد داراي دو فك است كه در دو طرف كابل قرار مي‌گيرد و يك تيغه متحرك ميان فك بالائي آن است كه يك شيء تپانچه اي شكل كه در انتهاي اين تيغه متحرك بصورت ثابت روي تيغه بالائي قرار دارد وجود دارد و عملكرد آن به اين صورت است كه يك گلوله در قسمت تپانچه اي قرار داده و با كشيدن ماشه از دور توسط يك سيم بلند عمل شليك انجام مي شود در نتيجه انفجار گلوله باعث پرتاب شدن تيغه فلزي و رد شدن آن از كابل و سوراخ كردن كابل مي‌شود كه در كل به اين عمليات «عمليات پنچر كردن كابل» مي گويند (شكل زير نمائي از تفنگ تپانچه اي است)
ورودي و خروجي كابل در پستهاي (ولت 380/20 كيلوولت)

همانطور كه در فشار ضعيف براي مشخص شدن سيم فاز از نل از فازمتر استفاده مي‌شود در پستهاي 20 كيلوولت براي آزمايش برقدار بودن يا نبودن شينه ها و سركابلها از وسيله اي به نام «اپنومتر» استفاده مي كنند براي كار با اين وسيله كافيست شينه يا سركابل هر فاز را بين دو شاخك بالاي آن قرار داديم در زير گلوئي اين وسيله (همانطور كه در شكل نشان داده شده)چراغي وجود دارد كه درصورت برقدار بودن شينه يا سر كابل روشن خواهد شد.

در پستهاي زميني سه فاز، خط 20 كيلوولت به داخل سلولهائي كه داراي سه شينه اصلي هستند متصل مي شوند يك سلول مختص به خود پست است كه در آن شينه‌ها به يك بريكر (كليد فشار قوي) وصل مي شوند و از خروجي بريكر به طرف اوليه ترانس داخل پست مي روند و طرف ثانويه ترانس كه هاوي ولتاژ 380 ولت است به داخل تابلوهاي فشار ضعيف مي رود در اولين قسمت تابلوي فشار ضعيف سه فاز به يك بريكر فشار ضعيف متصل شده و از طرف ديگر آن خارج و به سه شينه كه بصورت موازي با يكديگر قرار دارند متصل مي شود كه از اين سه شينه و يك شينه ديگر كه هاوي نل سيستم مي باشد فيدرها و خروجي ها براي مصرف كننده ها گرفته مي‌شود كه البته روي هر فيدر سه فيوز براي سه فاز نصب شده است كه در شكل نشان داده شده است.

در بخش سلولهاي مختص به 20 كيلوولت (همانطور كه در شكل پيداست) دو سلول ديگر موجود است و همانطور كه گفته شد سه شينه كه هر كدام حامل يك فاز 20 كيلوولت است قراردارد كه اين شينه ها در هر سلول به دو سكسيونر متصل شده‌اند كه يك سكسيونر آن سكسيونر اصلي مي باشد كه سركابلها را به شينه ها مرتبط مي‌سازد و ديگر سكسيونر زمين مي باشد كه براي حفاظت بيشتر از آن استفاده مي‌كنند البته در سيستمهاي قديمي مربوط به ساخت سلولها سه سكسيونر بكار مي‌برند يعني يك سكسيونر قبل از سكسيونر اصلي قرار داده كه ابتدائاً برق توسط اين سكسيونر قطع مي شد كه در اصطلاح به اين سلولها (سلولهاي BBC) گفته مي شود.

همانطور كه در شكل ملاحظه مي كنيد عمل سكسيونر زمين در اصطلاح زمين كردن سركابلها مي باشد با چرخاندن اهرم اين سكسيونر سه فاز در كابل با زمين در تماس قرار مي گيرند اين عمل به اين دليل انجام مي شود كه اگر احتمالاً كابل داراي برق باشد و يا پس از قطع برق حالت خازني پيدا كرده و در خود مقداري جريان نگه داشته باشد با اتصال فازها به زمين جريان مورد نظر تخليه شود اگر اين كار انجام نشود ممكن است در هنگام برخورد دست يا بدن كارگر با كابل عمل تخليه بار كابل از بدن كارگر انجام شود و ايجاد حادثه كند كه اين وظيفه به عهده اكيپ حوادث مي‌باشد در مورد سركابلها لازم به ذكر است كه براي كابلهاي خشك بهتر است از «سركابل حرارتي» و براي كابلهاي روغني از «سركابل چدني» استفاده شود.

پستهاي ولت 380/20 كيلوولت معمولاً رينگ هستند يعني در صورت ايجاد فالت روي يك كابل اين پست از طريق كابل ديگر تغذيه مي شود يعني دو كابل ورودي و يك كابل خروجي است هرگاه اين پست فقط از يك نقطه تغذيه كند يعني يك ورودي و يك خروجي داشته باشد در هنگام ايجاد فالت، اين پست دچار خاموشي مي‌شود و در اصطلاح اين پست را «پست خاموش» مي نامند.