تعاریف و اصطلاحات در خطوط انتقال

خطوط انتقال نیرو                 
دیدگاه های گونا گون فنی اقتصادی اجتماعی و زیست محیطی سبب می شود که همواره احداث نیروگاه ها در نز دیکی محل مصرف عملی نباشد . ضمن این که همواره هر مهندس برنامه ریز باید توجه داشته باشد که نیرو گاه حتی الا مکان به محل مصرف نزدیک باشد .
چرا که هر چه فاصله نیرو گاه با محل مصرف زیادتر باشد هزینه انتقال افزایش می یابد اما نزدیک کردن نیروایین بودن هزینه تولید نیرو تناقض داشته و عوامل مهمتری مورد نظر قرار میگیرد .به هر حال دلایل وعواملی که احداث خطوط انتقال را توجیه پذیر می کنند بدین قرارند :

• انتقال انرژی تولیدی نیروگاه ها به مراکز مصرف
• —برق رسانی به مراکز دور دستو پراکنده
• —افزایش قابلیت اطمینان سیستم  
• —ارتباط دو منطقه با پیک بار غیر همزمان
• —ارتباط الکتریکی بین کشور ها
• —تبدیل سایر انواع انرژی

ولتاژخطوط انتقال
به دلیل رابطه معکوس بین ولتاژ و جریان اگر برای انتقال نیرو از ولتاژ پایین استفاده شود مقدار جریان عبوری افزایش می یابد که برای مسافت های طولانی مشکل تلفات توان وافت ولتاژ را در انتهای خط خواهیم داشت لذا برای رفع این عیب ولتاژ تولیدی در نیروگاه ها از طریق پست های نیروگاه هی به ولتاژ انتقال فزایش می یابد .
رنج ولتاژ دارای چند استاندارد می باشد اما در ایران استاندارد عمومی تر بدین گونه است که ولتاژ های 400 و 230 و 132 کیلو ولت برای خطوط انتقال و63 کیلو ولت برای فوق توزیع و 20 کیلو ولت و پایین تر برای توزیع می باشد . لازم به ذکر است که در برخی از نقاط کشور و یا شبکه های داخلی صنایع از  ولتاژ های 33 و 11 و 6/3 کیلوولت نیز استفاده می شود.

دکل ها ( برج ها )

برج ها(دکل ها)

دکل ها وظیفه نگهداری هادی ها در فاصله معینی از زمین را بر عهده دارند که باید قادر باشند که در بدترین شرایط محیطی و جوی نیروهای مکانیکی وارد بر خود را تحمل نمایند. دکل ها از به هم پیوستن تعدادی میله بهم که اصطلاحا به آنها خرپا می گویند تشکیل می شود.

خرپا

خرپا یکی از سازه های اصلی مهندسی است و از اتصال تعدادی میله به یکدیگر تشکیل می گردد یا به بیان دیگر سازه ای که از چندین میله(عضو) که به همدیگر جوش یا پرچ شده باشند را خرپا می نامند.

هر خرپا شامل عضوها مستقیمی است که در مفصل ها به یکدیگر متصل اند.

خرپاها سازه هایی مفصلی هستند که شبکه مثلثی بوجود می آورند.این سازه ها به سادگی ساخته می شوند و وزنشان در مقایسه با انواع سازه های دیگر سبک تر هستند و همچنین دارای مقاومت زیادی نیز می باشند.

خرپا ها دو نوع هستند:خر پای ساده و خرپای فضایی که دکل ها از نوع خرپای فضایی هستند.

خرپای فضایی:وقتی چند عضو مستقیم طوری بهم متصل شده اند که یک پیکر بندی سه بعدی تشکیل بدهند سازه بدست آمده را خرپای فضایی می نامند.

انتقال داده بر روی خطوط انتقال انرزی

به منظور ایجاد ارتباط بین ایستگاههای فشارقوی در یک شبکه قدرت و انتقال اطلاعات نیاز به یک کانال مخابراتی میباشد. هادیهای فاز موجود در خطوط انتقال نقش این کانال را برعهده داشته و علاوه بر امواج ولتاژ و جریان فرکانس قدرت ( 50 هرتز)، سیگنالهای مخابراتی را نیز منتقل مینمایند این کانال به همراه تجهیزات مربوطه plc نامیده میشود  برای اینکه امو اج فرکانس قدرت و سیگنال های اطلاعات با هم تداخل نداشته باشند، سیگنالهای مخابراتی را در فرکانسهای بالا (محدوده 30 کیلوهرتز تا 500 کیلوهرتز ) ارسال و دریافت می نمایند . محدوده فرکانسی زیاد برای سیگنالهای مخابراتی سبب میشود که نتوان از روابط مربوط به مدارهای فشرده به منظور تحلیل انتشار و مدلسازی رفتار آنها درخطوط انتقال استفاده نمود.

بنابراین مطالعه چگونگی انتشار این امواج مستلزم استفاده از مدل گسترده خط انتقال میباشد. در این مقاله یک نمونه خط  Toff مدار باز در طول مسیر یک خط انتقال و تاثیر آن بر انتشار امواج PLC مطالعه شده و نشان داده شده است که این امر سبب تضعیف این امواج و اعلام خطای کانال PLC میگردد. به منظور برطرف نمودن این مشکل پیشنهاد شده است که خط Toff مذکور به صورت سری در مدار قرار بگیرد. ساختار این مقاله به این صورت است که ابتدا مقدمهای در این زمینه آورده شده است سپس سیستم PLC به همراه تجهیزات مربوطه معرفی و در ادامه تأثیر خط Toff در دو حالت مدار باز و مدارسر ، برروی انتشار امواج PLC با استفاده از روابط تئوری و با استفاده از شبیهسازی آورده شده است . در نهایت نیز به نتیجه گیری ازموارد یاد شده درمقاله بسنده شده است.

محدودیت توان درخطوط انتقال

فرآیند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرآیند معمولاً شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولید کننده بهپستهای توزیع نزدیک شهرها یا مراکز تجمع صنایع است و از این پس یعنی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کننده‌ها در محدوده توزیع انرژی الکتریکی است. انتقال انرژی الکتریکی به ما اجازه میدهد تا به راحتی و بدون متحمل شدن هزینه حمل سوختها و همچنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوختها در نیروگاه، از انرژی الکتریکی استفاده کنیم. حال آنکه در بسیاری موارد موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیر ممکن است و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است.

امروزه خطوط انتقال ولتاژ، بیشتر شامل خطوطی با ولتاژ بلاتر از ۱۱۰ کیلوولت می‌شوند. ولتاژهای کمتر، نظیر ۳۳ یا ۶۶ کیلوولت به ندرت و برای تغذیه بارهای روشنایی در مسیرهای طولانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ولتاژهای کمتر از ۳۳ کیلوولت معمولاً برای توزیع انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از ولتاژهای بیشتر از ۲۳۰ کیلوولت با نام "ولتاژهای بسیار بالاً

(extra high voltage) یاد می‌شود چراکه بیشتر تجهیزات مورد نیاز در این ولتاژها با تجهیزات ولتاژ پایین کاملاً متفاوتند.

HVDC یا خطوط انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا

HVDC چیست ؟

HVDC یا سیستم های انتقال توان جریان مستقیم ولتاژ بالا، با سیستم های معمول جریان متناوب متفاوت است و به عنوان سیستمی برای انتقال توان های زیاد به کار می رود. این سیستم اولین بار در دهه 1930م در سوئد در ASEA به وجود آمد و اولین نصب تجاری آن در اتحاد جماهیر شوروی بین دو شهر مسکو و کاشیرا و نیز یک سیستم 10 تا 20 مگاواتی در گاتلند سوئد در سال 1954م انجام شد.

افزایش انتقال AC

در انتقال توان الکتریکی، انتقال به روش DC بیش از آنکه یک قاعده باشد یک استثناست. محیط هایی وجود دارد که سیستم انتقال جریان مستقیم در آنها راه حل متعارف است مانند کابل های زیر دریا و در اتصالات بین سیستم های غیر سنکرون (با فرکانس های مختلف). اما برای اغلب شرایط موجود انتقال توان به صورت جریان متناوب کماکان مناسب است.

در تلاش های اولیه انتقال توان الکتریکی، از جریان مستقیم استفاده می شد. اما به هر حال در این دوران سیستم جریان متناوب برای انتقال توان بین نیروگاه ها و ماشین آلات استفاده کننده از این انرژی بر سیستم انتقال توان جریان مستقیم فائق آمد. مزیت اصولی سیستم جریان متناوب قابلیت استفاده از ترانسفورماتور برای انتقال موثر سطح ولتاژ به کار رفته در توان انتقالی بود.

با توسعه ماشین های جریان متناوب موثر، مانند موتور القایی، استفاده از جریان متناوب معمول شد.

توانایی انتقال سطح ولتاژ یک امر مهم اقتصادی و فنی است که بایستی مد نظر قرار گیرد، با وجود اینکه ولتاژهای بالا سخت تر مورد استفاده واقع می شوند و خطرناک تر هستند، اما سطح جریان پایین تری که برای ولتاژ های بالا مورد نیاز است، برای یک سطح توان معین منجر به استفاده از کابل های کوچکتر و تلفات توان کمتری به صورت گرما می شود. انتقال توان همچنین می تواند توسط ولتاژ حداکثر محدود شود.

یک خط جریان مستقیم که در ولتاژ حداکثری برابر یک خط جریان متناوب کار می کند، می تواند توان بسیار بیشتری را به نسبت جریان متناوب تحت این محدودیت ولتاژ حمل کند. بنابراین با مناسب بودن ولتاژ بالا برای انتقال توان زیاد و مناسب بودن ولتاژ پایین تر برای بهره برداری های صنعتی و داخلی، استفاده از سیستم جریان متناوب به دلیل قابلیت تبدیل سطح ولتاژ آن به سطوح مختلف، برای انتقال توان عام شد.

هیچ وسیله معادلی برای ترانسفورماتور در جریان مستقیم وجود ندارد و بنابراین به کارگیری ولتاژ مستقیم بسیار مشکل تر است.

پدیده کرونا Corona Phenomenon

یکی از پدیده هایی که در ارتباط با تجهیزات برقدار از جمله خطوط انتقال فشار قوی مطرح میشود، کرونا است.

میدان الکتریکی در نزدیکی ماده رسانا می تواند به حدی متمرکز شود که هوای مجاور خود را یونیزه نماید. این مسئله میتواند منجر به تخلیه جزئی انرژی الکتریکی شود، که به آن کرونا میگویند.

پدیده کرونا در اطراف خطوط فشار قوی که جریان متناوب دارند باعث مقداری تلفات الکتریکی و در شدیدترین حالت منجر به قوس الکتریکی و تخلیه کامل میشود.

مهمترین علامت آن بوجود آمدن هاله ای نورانی اطراف خطوط فشار قوی است .

کرونا در واقع یونیزه شدن نیتروژن هوا است و علت وجود تلفات انرژی ایجاد نور و حرارت در اطراف سطح هادی است.

نشانه های کرونا شامل نور که بسته به شدت کرونا طول موج آن از مادون قرمز تا ماورای بنفش تغییر میکند. نشانه‌های دیگر صدای جرقه‌های کوچک الکتریکی و تشکیل گاز ازن (که بوی آن در محیط اطراف قابل تشخیص است) و بوجود آمدن اسیدنیتریک در اثر ترکیب نیتروژن جدا شده از هوا با رطوبت موجود در هوا است که به صورت گرد سفید اطراف سیم ها نمایان میشود.

اگر ولتاژ متناوبی را بین دو هادی که در نزدیکی یکدیگر قرار دارند اعمال کنیم و آن را به تدریج افزایش دهیم به وضعیتی می رسیم که پدیده کرونا اتفاق می افتد.

اگر سطح هادی ناهموار باشد در لبه ها و نقاط تیزتر به علت افزایش چگالی بار، کرونا شدیدتر خواهد بود و پرتو نور ساطع شده درخشان تر است . همچنین اگر فاصله بین هادیها بسیار کم باشد قبل از تشکیل کرونا جرقه صورت می گیرد.

پدیده کرونا همچنین سبب تداخل در امواج رادیویی میشود.

مشخصات فنی عمومی و اجرایی پست ها، خطوط فوق توزیع و انتقال سیستم های حفاظتی در پست های فشار قوی

هدف از این فصل معرفی و شناخت سیستم های حفاظتی در پست های فشار قوی و المان های آنها می باشد. همچنین تعاریف کلی مرتبط با سیستم حفاظتی نیز از دیگر مباحث این فصل خواهد بود. محدوده این نشریه تنها پست های فشار قوی انتقال بوده و پست های نیروگاهی را شامل نمی گردد.

روش های کنترل ولتاژ در خطوط توزیع

پایداری ولتاژ یعنی توانایی سیستم قدرت در نگهداری ولتاژ در نقاط مختلف شبکه در محدودة قابل قبول. به این موضوع شاید صنعتگران و محققان و بهره برداران شبکه قدرت به اندازة پایداری زاویه بار و فرکانس توجه نکرده اند و نمی کنند، ولی در سال های اخیر، مخصوصاً بعد از چندین واقعه مهم، به ناپایداری ولتاژ بیشتر توجه می شود.

هرچند که ناپایداری ولتاژ و ناپایداری زاویة بار در یک سیستم قدرت به هیچ وجه از هم مستقل نیستند، همان طور که در کل مطالعات دینامیکی سیستم های قدرت و در صنعت این دو هم مستقل از هم بررسی می شوند، در این فصل نیز بحث ناپایداری ولتاژ تقریباً مستقل از ناپایداری فرکانس و زاویه بار مطرح می گردد. وقتی یک سیستم قدرت پس از یک اغتشاش شدید به سمت ناپایداری برود، تمایز دقیق بین ناپایداری زاویه بار و ناپایداری ولتاژ ممکن نیست، زیرا در یک سیستم ناپایدار تمام متغیرها تحت تأثیر قرار گرفته و از نقطه تعادل خود فاصله می گیرند ولی بسته به اینکه کدام یک از دو متغیر اصلی، زاویة بار و و لتاژ، ابتدا از محدودة مجاز خود خارج شوند، می توان ناپایداری را به یکی از این دو نسبت داد.

هرچند که پدیده های ناپایداری زاویة بار و ولتاژ در هر قسمت از شبکه ممکن است رخ دهند ولی عموماً ناپایداری زاویه بار در بخش تولید و ناپایداری ولتاژ در بخش توزیع روی می دهد یعنی در تحلیل ناپایداری زاویة بار در یک شبکه چندماشینه، که با چندین واحد تولیدی تغذیه می شود و چند بار حقیقی و واکنشی نیز به شبکه متصل است، درنظر گرفته می شود ولی در تحلیل ناپایداری ولتاژ عموماً یک خط شعاعی را که با شبکه تغذیه می شود و از طرف دیگر باری را تغذیه می کند درنظر می گیرند.

عامل اصلی ناپایداری ولتاژ ناتوانی سیستم در مقابل تقاضای بار راکتیو است . اگر به این تقاضا پاسخ داده نشود، ولتاژ افت می کند. اگر این افت به حدی باشد که بعضی رله های زیر ولتاژ عمل نمایند و بعضی واحدهای تولیدی خارج شوند، افت ولتاژ بیشتر می شود و این باعث خارج شدن تعدادی دیگر از واحدها می شود و این پدیده ادامه می یابد تا شبکه به چند جزیره تبدیل شود. این پدیده را فروپاشی ولتاژ می نامند.

یکی از راه های جلوگیری از این پدیده این است که همواره توان واکنشی زیادی در همه جای شبکه ذخیره شود. قطعاً این کار هزینه دارد. از طرف دیگر نمی توان فقط به مسائل اقتصادی اندیشید، زیرا باید همیشه یک حداقل مقدار توان واکنشی ذخیره وجود داشته باشد. به عبارت دیگر باید بین مسائل اقتصادی و قابلیت اعتماد سیستم (کم کردن احتمال وقوع ناپایداری و فروپاشی ولتاژ) مصالحه ای صورت پذیرد.

در این فصل ابتدا، در بخش دوم، انواع پایداری ولتاژ بررسی و تعریف و دربارة ناپایداری ولتاژ بحث می شود. در سال های اخیر بیشتر محققین دینامیک سیستم های قدرت به این موضوع توجه کرده اند. سپس در بخش سوم چند واقعة ناپایداری و فروپاشی ولتاژ مرور خواهد شد. با درنظرگرفتن یک خط شعاعی، دربارة منحنی های ولتاژ بر حسب توان حقیقی (v-p) و توان واکنشی بر حسب ولتاژ (q-v) ، که در تحلیل ناپایداری ولتاژ بسیار مهم است، بحث می شود. نحوه استفاده از این منحنی ها در تشخیص احتمال وقوع ناپایداری ولتاژ بحث بعدی خواهد بود. در بخش بعد پدیده فروپاشی ولتاژ و نحوه مقابله با آن بررسی و در انتهای فصل به ملاحظات مدلسازی در مطالعات ناپایداری و فروپاشی ولتاژ پرداخته خواهد شد.

ارتینگ در خطوط انتقال نیرو

بین سالهای 1880 تا 1892 خطوط انتقال و توزیع برق بدون اینکه نقطه نوترال یا نول زمین شده داشته باشند احداث می شدند و هیچ نقطه ای از شبکه و تجهیزات ارت نمی شدند و اساسآ مفهومی به نام ارت وجود نداشت.

مشکلات برق گرفتگی و آتش سوزی در منازل و اماکن عمومی و صنعتی وجود داشت بدون اینکه فیوزهای حفاظتی نصب شده در شبکه عیوب راتشخیص بدهند.

مشکلات ادارات بیمه جهت جبران خسارت بیشتر و بیشتر می شد و به طور موازی تحقیقاتی جهت کاهش این خطرات به عمل می آمد.

در سال 1923 فرانسه نیز در استانداردهای ملی کشورش ارت کردن بدنه تجهیزات برقی را الزامی نمود.

همانطور که در تاریخچه نیز اشاره شد به خاطر حفظ پایداری شبکه برق و مسائل دیگر در سال 1927 به بعد اتصال نول به زمین اجباری شد که در اینحالت وضعیت به صورت زیر قابل بیان است :

اتصال فاز به زمین میتواند فیوز را سوزانده و مدار و تجهیزات را محا فظت کند.

اتصال نول به زمین خطری برای شبکه و تجهیزات ندارد.

اتصال بدن انسان به یک فاز( تنها) بسیار خطرناک است.