شبکه های برق فشار متوسط
شبکه های برق فشار متوسط
شبکه های برق فشار متوسط یا توزیع طبق استاندارد IEC می تواند ولتاژهای مختلفی در بازه ی 1 تا 35 کیلو ولت داشته باشد. ولتاژ شبکه های مختلف را می توانید در مقاله ی گروه بندی تاسیسات الکتریکی بر اساس سطح ولتاژ مطالعه کنید. خطوط توزیع یا فشار متوسط تامین کننده ی انرژی مورد نیاز پست های MV هستند. پست های توزیع یا MV می توانند به شکل عمومی، اختصاصی و یا ترکیبی از این موارد ساخته شوند. جهت آشنایی با این پست ها می توانید مقاله ی پست های توزیع برق را مطالعه کنید.
در این ویدئو که برگرفته از دوره جامع تاسیسات فشار متوسط است با سلول های یک پست MV آشنا می شویم. در این پست یک کلید قطع بار ورودی، لوازم اندازه گیری و یک بریکر وجود دارد.
طبق تصویر زیر محدودهی کاری شبکه های برق فشار متوسط از خروجی پستهای فشار قوی یا فوق توزیع تا اولیهی ترانسفورماتورهای MV است. این شبکه با توجه به محل، اهمیت بارها و غیره میتوانند مدل و آرایشهای مختلفی داشته باشد. یک فیدر یا خط فشار متوسط می تواند به شکل های اختصاصی و عمومی تعریف میشود. فیدر اختصاصی جهت تغذیهی یک بار مشخص مثلا یک کارخانه احداث شده و لوازم اندازهگیری آن در پست فشارقوی یا فوق توزیع است. در طرف مقابل، فیدر یا شبکه فشار متوسط عمومی توسط شرکتهای توزیع انرژی برق احداث شده و میتواند چندین پست عمومی و اختصاصی را تغذیه کند.
خطوط هوایی فشار متوسط
شبکه های برق فشار متوسط به صورتهای زمینی و هوایی احداث میشوند. در خطوط هوایی از پایههای مختلف مانند چوبی، سیمانی و فلزی به صورت تکی یا بیشتر جهت انتقال توان با هادیهای بدون روکش، کابلهای روکش دار مجزا، کابلهای خودنگهدار و غیره استفاده میشود. این روش توزیع انرژی نسبت به نوع کابلی هزینههای کمتری داشته و اغلب در محیطهای باز و خارج از شهرها احداث می شود. نوع و تعداد هادیها، آرایش و یراقآلات این خطوط از جمله پایهها، مقرهها، کنسولها، مهارها و غیره با توجه به محیط، تعداد مدارها، میزان و اهمیت بار و غیره انتخاب می شود. در نظر داشته باشید که آرایش شبکه های فشار متوسط و نوع هادی های آن ها همواره یکسان نیستند. در تصویر زیر یک مدل از خطوط هوایی فشار متوسط با پایه ی سیمانی را مشاهده می کنید.
در خطوط هوایی فشار متوسط علاوه بر سیم ها و مقره ها از تجهیزات دیگری مانند سیستمهای حفاظتی، جدا کنندهها، تقویت کننده ی ولتاژ، جبران سازی، سیستمهای خطایابی، مانور یا انتقال بار و غیره نیز استفاده می شود. این تجهیزات تقریبا مشابه با فانکشن هایی هستند که در پست های زمینی شرح داده شد. به عنوان مثال از سکسیونر هوایی جهت قطع و وصل در خطوط فشار متوسط استفاده می شود. در تصویر زیر یک نمونه سکسیونر گازی و هوایی را مشاهده می کنید.
تجهیزات حفاظتی در خطوط هوایی به بخش های انفرادی و گروهی تقسیم می شود. از موارد انفرادی می توان به فیوز کات اوت و A.S.S های قبل از M.O.F اشاره کرد. تجهیزات حفاظت گروهی یا حفاظت شبکه نیز شامل سکشنالایزرها و ریکلوزرها می شوند. اطلاعات کامل در این خطوط را می توانید در بخش تخصصی ریکلوزرها مطالعه کنید. در شبکه های فشار متوسط برق از انواع خازن و بوسترهای ولتاژ نیز استفاده می شود. تقویت کننده های ولتاژ می توانند به شکل بوسترهای ثابت یا اتوبوستر باشند.
شبکه های برق فشار متوسط هوایی ضمن داشتن مزایایی همچون هزینهی تمام شده پائین، سرویس و نگهداری آسان، خطایابی و رفع اشکال سریع و غیره دارای معایب خاصی هستند. به عنوان مثال می توان به مشکلات زیر اشاره کرد:
- مسائل مربوط به حریم هادی ها و پایه ها
- پیامدهای ناشی از برخورد مستقیم با هادیها و تجهیزات فشار متوسط هوایی
- تاثیر پذیری نسبت به عوامل جوی و قابلیت اطمینان پائین
- سرقت
خطوط زمینی فشار متوسط
برای حل مشکلات ذکر شده در مناطق حساس و متراکم از خطوط زمینی فشار متوسط استفاده میشود. شبکه های زمینی MV در مقایسه با خطوط هوایی قابلیت اطمینان بالاتری دارند اما گزینههای زیر استفاده از آن ها را محدود می کند:
- هزینهی تمام شدهی بالا
- زمان عیب یابی و رفع اشکال طولانی
- سرویس و نگهداری پیچیده و غیره
با توجه به شرایط مختلف و احداث خطوط توزیع فشار متوسط در محدودههای چندین کیلومتری، میتوان گفت اغلب این شبکهها ترکیبی از مدلهای مختلف هوایی و زمینی هستند. موارد مهم در شبکههای زمینی محدود تر از نوع هوایی بوده و به صورت کلی به دو بخش انتخاب نوع کابل و روش احداث آن تقسیم میشود. کابلهای فشار متوسط از نظر سطح مقطع، جنسهادی، تحمل تنشهای مکانیکی، تعدادهادی، نوع عایق بندی و غیره در گروههای بسیار متنوعی ساخته میشوند.
آرایش شبکه های فشار متوسط
در طراحی و احداث خطوط فشار متوسط از نقشه های موقعیت جغرافیایی به عنوان دیاگرام پایه استفاده میشود. در این دیاگرامها نوع و موقعیت قرارگیری تجهیزات، تعداد تجهیزات، نقاط خاص و غیره درج میشود. علاوه بر دیاگرامهای موقعیت جغرافیایی، از مدل های دیگری نیز برای نمایش خصوصیات شبکه مانند آرایش خطوط، تعداد مدارها، روش نصب تجیهزات و غیره استفاده شود. دیاگرامهای کامل کننده با توجه به نوع خطوط متفاوت هستند. به عنوان مثال در تصویر شماری زیر برخی از آرایش شبکه های فشار متوسط را مشاهده میکنید.
طبق تصویر زیر دیاگرامهای کامل کننده در خطوط کابلی یا زمینی میتواند مربوط به نحوهی احداث آنها در زمین، آماده کردن بستر، کانال و یا قرارگیری در لدرها باشند. روش احداث کابلها میتواند دفن شده در زمین، قرارگرفتن در کانال، سینی کابل و غیره باشد.
جهت مطالعه ده ها مقاله ی تخصصی دیگر، بخش مقالات طراحی تاسیسات فشار متوسط را مشاهده کنید.
برخی مشکلات شبکه های برق فشار متوسط هوایی
خطوط هوایی در مقایسه با مدل های دیگر ارزان بوده و به سرعت احداث می شوند. عیب یابی و ویرایش این خطوط نیز آسان بوده و به همین علت محبوبیت خاصی در شرکت های توزیع دارند. قابلیت اطمینان پائین خطوط هوایی بزرگ ترین ایراد آن ها محسوب می شود. برخی از خطاهای ممکن در شبکههای هوایی عبارتند از:
- در شرایط نامساعد جوی امکان بروز اتصال کوتاه بین فازها وجود دارد.
- برخورد شاخهی درختان باعث بروز اتصال به زمین میشود.
- برخورد صاعقه ممکن است باعث آرک روی سطح مقرهها شود.
اغلب این خطاها گذرا بوده و با قطع ولتاژ از بین خواهند رفت. خطای گذرا به معنی امکان برقدار کردن شبکه با سپری شدن زمان کوتاهی پس از قطع ولتاژ است. زمان بین قطع ولتاژ و برقدار کردن مجدد Dead time نام دارد. امروزه به منظور افزایش قابلیت اطمینان خطوط هوایی از هادی های روکش دار، کابل های فاصله دار و کابل های خودنگهدار نیز استفاده می شود. این موارد نرخ قطعی های گذرا را به شدت کاهش می دهند. خطوط هوایی روکش دار یا خودنگهدار در مقایسه با هادی های بدون روکش هزینه ی بیشتری دارند. این خطوط از نظر قیمت تمام شده بین هادی بدون روکش و شبکه ی زمینی قرار می گیرد.
خطوط هوایی فشار متوسط اغلب چندین کیلومتر طول داشته و پروسه ی خطایابی خاصی دارند. در خطایابی خودکار از انواع تجهیزات کمکی مانند ریکلوزر، سکشنالایزر و نشانگرهای خطا استفاده می شود. به صورت کلی مراحل شناسایی خطا و وصل مجدد در خطوط هوایی عبارتند از:
- تشخیص خطا به وسیله ی رلههای حفاظتی فاز با فاز یا فاز با زمین
- قطع فیدر توسط بریکر و بیبرق شدن کل شبکه
- سپری شدن Dead time
- وصل مجدد
مراحل فوق را می توانید در ویدئوی زیر مشاهده کنید. در این حالت کلیه ی مراحل هماهنگی بین دیسپاچینگ توزیع و فوق توزیع انجام شده و وصل مجدد صورت می گیرد. این پروسه زمان بر بوده و گاهی چندین دقیقه طول می کشد.
خطاهای گذرا در مقایسه با خطاهای ماندگار بیشتر رخ می دهند. این به معنی عدم رخ دادن خطای ماندگار در شبکه های هوایی نیست. سقوط اشیاء، پاره شدن سیم ها، شکستن پایه ها و غیره باعث رخ دادن خطای ماندگار در شبکه می شود. به صورت کلی پس از وصل مجدد ممکن است دو حالت رخ دهد:
- خطا رفع شده و وصل مجدد موفقیت آمیز است.
- خطا برطرف نشده و بریکر مجدد باز میشود.
به منظور کاهش زمان خاموشی های گذرا از سیستم وصل مجدد استفاده می شود. این سیستم بدون دخالت انسان بوده و قابل تنظیم است. تعداد و شرایط وصلهای مجدد با توجه به قوانین و نوع شبکه مشخص میشود. در صورت انجام تمام وصل های مجدد و ماندگار بودن خطا، بریکر قفل خواهد شد. در صورت قفل شدن بریکر بخشی از شبکه بیبرق مانده و باید توسط نیروی انسانی بررسی شود. وصل مجدد میتواند توسط بریکر فیدر یا ریکلوزرهای هوایی در بین خطوط انجام شود. شرح بیشتر در خصوص وصل مجدد و ریکلوزرها را می توانید در “مقاله ی ریکلوزر چیست” مطالعه کنید.
در انیمیشن زیر وقوع خطای گذرا و عملکرد فانکشن وصل مجدد در بریکر اصلی را مشاهده می کنید. در این روش رخ دادن هرگونه خطا باعث بی برق شدن کل شبکه خواهد شد. به منظور کاهش حجم خاموشی ها در خطوط هوایی از ریکلوزرها استفاده می شود. با این کار پروسه ی حفاظت و کلید زنی به بخش های میانی خطوط منتقل شده و از گستردگی خاموشی کاسته می شود. این موارد را می توانید در بخش ریکلوزرها بیشتر مطالعه کنید.
برخی مشکلات شبکه های برق فشار متوسط کابلی
از مطمئن ترین خطوط فشار متوسط می توان به مدل های کابلی اشاره کرد. در این روش هادی ها دارای چندین لایه عایق، شیلد، غلاف فلزی و غیره تشکیل می شوند. کابل های فشار متوسط استقامت مناسبی در برابر شرایط فیزیکی و محیطی دارند. خطوط کابلی دارای قابلیت اطمینان بالایی بوده و نرخ رخ دادن خطا در آن ها پائین است. در نظر داشته باشید که در خطوط زمینی خطای گذرا به ندرت رخ داده و اغلب حوادث به صورت ماندگار هستند. ماندگار بودن خطا به معنی زمان بسیار زیاد جهت شناسایی محدوده ی خطا، مشخص کردن نقطه ی آن و نرمال کردن سیستم است. برخی از خطاهای ممکن در شبکههای زمینی عبارتند از:
- کیفیت پائین احداث کابل و عدم حفاظت از آن در برابر صدمات مکانیکی
- کیفیت پائین اجرای سرکابل ها و مفصل ها
- آسیب به کابل در اثر برخورد ابزارآلات
- اضافه ولتاژهای ناشی از برخورد صاعقه با خطوط هوایی و انتقال به کابل ها
تجربیات نشان دهندهی نرخ پائین خطا در شبکههای زمینی نسبت به هوایی است. از طرفی خطا در شبکههای زمینی ماندگار بوده و زمان زیادی برای اصلاح نیاز دارد. استفاده از شبکه حلقوی و نشانگرهای خطا به همراه L.B.S های موتوردار سرعت مشخص کردن کابل آسیب دیده را افزایش میدهد. پروسهی خطایابی و جداکردن کابل آسیب دیده در شبکههای به روز میتواند به صورت خودکار و در کمتر از یک دقیقه انجام شود. در این بخش منظور از شبکهی به روز، استفاده از سیستم مانیتورینگ و کنترل از راه دور است.
اسکادا
اسکادا مخفف عبارت Supervisory Control and Data Acquisition به معنی سیستم مانیتورینگ، جمع آوری اطلاعات و توانایی صدور فرمان است. در تأسیسات تولید، انتقال و توزیع انرژی علاوه بر نقشههای طرح، تکخطی، موقعیت جغرافیایی و غیره از سیستمهای ترکیبی و هوشمند نیز استفاده میشود. ترکیب دیاگرامهای ذکرشده با اطلاعات زنده و قابلیت ارسال فرمان، میتواند یک سیستم کنترلی قدرتمند در شبکههای الکتریکی ایجاد کند.
در سیستم اسکادا علاوه بر دیاگرامهای ثابت مانند نوع تجهیزات، برند و سایز چند بخش دیگر نیز وجود دارد. در واقع اسکادا ترکیبی از سیستم های جمعآوری اطلاعات، ارسال دستورات، دریافت بازخورد، لینک بین دیاگرامها، نرمافزارها و بانکهای اطلاعاتی است. در اسکادا اطلاعات مربوط به کمیتهای الکتریکی لحظهای و سوابق آنها مانند ولتاژ، جریان، فرکانس، توان و غیره، خطاهای رخداده، برقدار یا بیبرق بودن شبکه، وضعیت تجهیزات و غیره جمع آوری می شود. در کنار این اطلاعات می توان از نقشه های موقعیت جغرافیایی و بخش های دیگر مانند هواشناسی، موقعیت خودروهای امدادی و غیره نیز استفاده کرد.
سیستمهای کنترل و مانیتورینگ با توجه به سطح ولتاژ و محدودهی کاری شرکتها میتوانند متفاوت باشند. بهعنوانمثال مانیتورینگ نیروگاهها، پستها و خطوط انتقال، پستها و خطوط فوق توزیع، شبکههای توزیع و درنهایت پستهای فشار متوسط و شبکههای فشار ضعیف ازنظر امنیت، حجم اطلاعات، بستر مخابراتی و غیره متفاوت هستند. ارتباط یا از دست رفتن کنترل در نیروگاهها یا خطوط انتقال میتواند یک فاجعه محسوب شود اما در خطوط یا پستهای فشار متوسط، این موارد بسیار بحرانی نیستند. در پستها و خطوط انتقال و فوق توزیع از بسترهای مخابراتی ویژه و کاملاً اختصاصی مانند PLC یا Power Line Carrier استفاده میشود. این بستر در تأسیسات رتبهی پایینتر مانند خطوط فشار متوسط، میتواند مبتنی بر اینترنت و یا شبکههای رادیویی اختصاصی باشد.
استفاده از اسکادا در شبکه های فشار متوسط باعث کاهش زمان خاموشیها و برقدار کردن مجدد شبکه هنگام رخ دادن خطای ماندگار می شود. به عنوان مثال خطوط کابلی در مراکز شهری با ترافیک بسیار سنگین را در نظر بگیرید. با اسکادا میتوان شبکههای حلقوی به صورت رینگ باز را در کمتر از یک دقیقه برقدار کرد. به منظور افزایش سرعت و کاهش خاموشیها تمام پستها باید مجهز به نشانگر خطا و L.B.S موتوردار باشند. تجهیزات فوق باید به سیستم SCADA متصل شده و از راه دور فرمان پذیر شوند. در سیستمهای دستی و بدون SCADA مراحل کلیدزنی و خطایابی به صورت دستی انجام میشود. زمان و حجم خاموشی در کلیدزنی دستی به هیچ وجه با سیستم اسکادا قابل مقایسه نیست.
مطالب شرح داده شده در این مقاله را می توانید به صورت ویدئو در دوره ی تاسیسات فشار متوسط مشاهده کنید. در این دورهی آموزشی با استانداردهای ولتاژی، آرایش پستهای فشارمتوسط، تجهیزات اصلی MV، حفاظت ترانسفورماتور و غیره آشنا می شویم. از تجهیزات بررسی شده در این دوره میتوان به کلیدهای قطع بار یا L.B.S، بریکر، ریکلوزر، رلهی پرایمری، رلهی ثانویه، رلهی بوخهلتس، ترمومتر، ترانسهای اندازهگیری و غیره اشاره کرد. در این دوره دستورالعمل توانیر جهت حفاظت ترانس فشار متوسط بررسی شده و فانکشنهای لازم و روش به دست آوردن اعداد شرح داده شده است. بخش حفاظت ترانسفورماتور شامل سیم بندی ترمومتر، بوخهلتس و آموزش تنظیم رلههای MK2200 نیز می گردد. گام نهایی این دوره بازدید از تاسیسات اصلی فشار متوسط شرکتها و ساختمانها به همراه بررسی نقشههای تک خطی و حفاظتی است. لطفا جهت مشاهدهی سرفصلها و لیست ویدئوهای این دوره روی عبارت تاسیسات الکتریکی فشار متوسط کلیک کنید.
شبکه حلقوی فشار متوسط
شبکه های برق فشار متوسط می توانند توپولوژی های مختلفی داشته باشند. اهمیت بارها و تراکم آن ها مشخص کننده ی نوع توپولوژی خواهد بود. از موارد پر استفاده در خطوط فشار متوسط می توان به مدل های شعاعی، حلقوی و کابل پارالل اشاره کرد. شبکه حلقوی یا Loop در سطح فشار متوسط معمولا از دو فیدر و پست مجزا تغذیه میشود. در این شبکه تعدادی پست با ترانسفورماتورهای MV/LV جهت تغذیهی بارهای عمومی وجود دارد. شبکهی Loop توسط کابلها به صورت سری از پستها عبور میکند. به منظور سری شدن پست یا ورود و خروج شدن آن حداقل به دو L.B.S نیاز است. شبکهی Loop در سطح MV اغلب به صورت رینگ باز است. رینگ باز در Loop تغذیه شونده از دو فیدر به معنی بسته بودن تمام سکسیونرها به غیر از یکی از آن ها است. این اطلاعات را می توانید در مقاله ی پست های توزیع به صورت کامل مطالعه کنید. در تصویر زیر نمای یک شبکه ی فشار متوسط حلوقی آورده شده است.
کلیدزنی در شبکه رینگ باز
کلید زنی به معنی قطع و وصل کردن L.B.S ها و بریکرهای فشار متوسط به منظور دست یابی به یک هدف خاص است. این هدف می تواند جابجایی بار، رفع خاموشی و یا اعمال خاموشی جهت تعمیر و نگهداری باشد. در مدل های غیر اتوماتیک از نیروی انسانی جهت کلید زنی ها استفاده می شود. در این روش پرسنل شرکت های توزیع از طریق مرکز کنترل هدایت شده و به پست های زمینی اعزام می شوند. این افراد با راهنمایی های مرکز کنترل اقدام به قطع و وصل کلیدها می کنند. کلید زنی های دستی بسیار پرخطر، پر اشتباه و زمان بر است. در سیستم های امروزی از اسکادا و تجهیزات موتور دار استفاده می شود. در این حالت می توان کلید زنی ها را به صورت ایمن، با دقت بالا و حتی خودکار انجام داد.
تجهیزات مورد نیاز در کلید زنی خودکار
با استفاده از تجهیزات زیر می توان یک سیستم کلید زنی خودکار ایجاد کرد:
- نشانگرهای خطا در هردو سمت کابل ها
- L.B.S های موتور دار
- R.T.U در هر پست
- منبع تغذیه ی DC
در این حالت پس از رخ دادن خطا به سرعت محدوده ی آن مشخص می شود. با مشخص شدن محدوده ی اتصال کوتاه می توان از کلیدهای موتور دار استفاده کرده و آن را از شبکه ایزوله کرد. این پروسه می تواند در کمتر از یک دقیقه انجام شود. کلید زنی های دستی در خوشبینانه ترین حالت به چند ساعت زمان نیاز دارد. شرایط بحرانی و رخ دادن چندین خطا در روزهای طوفانی و بحران های دیگر می تواند این زمان را چند برابر کند.
در سیستم های خودکار از تجهیزاتی با عنوان R.T.U استفاده می شود. عبارت R.T.U برگرفته از Remote Terminal Unit بوده و وظایف زیر را دارد:
- مانیتورینگ نشانگرها و L.B.S ها
- سیستم خودکار با عملکرد محلی
- قابلیت ارسال فرمان به L.B.S ها
- برقراری ارتباط با مرکز کنترل
سیستم های R.T.U به شکل های مختلفی برای استفاده در کلید زنی استفاده می شود. برخی از تجهیزات مانند ریکلوزرها و سکشنالایزرها دارای R.T.U داخلی بوده و نیازی به تجهیزات اضافی ندارند. در صورت طراحی سیتسم های خودکار می توانید از R.T.U به همراه کارت های ورودی و خروجی استفاده کنید.
نقش بریکرها
در شبکه های برق فشار متوسط معمولی هر فیدر تنها یک بریکر داشته و در طول آن از تعدادی L.B.S استفاده می شود. وجود یک بریکر به منظور حفاظت فیدر باعث بی برق شدن کل سیستم هنگام رخ دادن خطا می شود. افزایش بریکرها در طول فیدر باعث کمتر شدن خاموشی مشترکین خواهد شد. به عنوان مثال با اضافه کردن دو بریکر به شبکه ی زیر، فیدرها به چهار بخش با حفاظت تقسیم میشوند. این حالت از خاموش شدن کل مشترکین هنگام رخ دادن خطا جلوگیری میکند. در نظر داشته باشید که اضافه کردن بریکرها و تنظیم رلهها باعث افزایش هزینه و پیچیدگی سیستم میگردد. در خطوط هوایی نیز از بریکر با قابلیت وصل مجدد یا همان ریکلوزرها استفاده می شود. در مقاله ی ریکلوزر و نحوه ی عملکرد آن می توانید کلید زنی خودکار جهت خطایابی و رفع خاموشی را به صورت ویدئو مشاهده کنید.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.