پست زمینی برق

پست برق زمینی

پست توزیع زمینی با شبکه‌ی فشار متوسط در ارتباط بوده و به شکل‌های مختلفی ساخته می‌شود. پست برق زمینی را می‌توان از نظر ساختمان، تکنولوژی تجهیزات فشار متوسط، کاربرد و تبدیل ولتاژ به گروه‌های مختلفی تقسیم کرد. برخی از گروه‌بندی‌های پست زمینی برق به این شکل هستند:

• گروه‌بندی از نظر ساختمان: این پست‌ها به صورت کیوسک، ساختمانی و زیر زمینی ساخته می‌شوند.
• گروه‌بندی از نظر تکنولوژی تجهیزات فشار متوسط: تجهیزات داخل پست‌های زمینی می‌تواند به صورت عایق هوا یا I.S، با عایق روغن، با عایق گاز و یا ترکیبی از این موارد باشند.
• گروه‌بندی از نظر کاربرد: این پست‌ها می‌توانند برای مانور، تبدیل ولتاژ و یا هردو ساخته شوند.
• گروه‌بندی از نظر تبدیل ولتاژ: این پست‌ها بدون ترانس، با ترانس کاهنده یا با ترانس افزاینده ساخته می‌شوند.

تصویر 1: پست فشار متوسط کیوسک

تجهیزات پست برق زمینی

پست‌های زمینی به صورت ساختمانی، کیوسک و دفنی ساخته می‌شوند. این پست‌ها دارای ادوات فشار متوسط از نوع داخلی یا Indoor با تکنولوژی‌های متفاوت هستند. تجهیزات داخل پست‌های زمینی برق را می‌توان به بخش‌های قدرت، حفاظت و کنترل تقسیم کرد.

تجهیزات قدرت MV شامل کلید قابل قطع، کلید فیوز، بریکر و ترانسفورماتور می‌شود. این تجهیزات به منظور قطع و وصل و تبدیل ولتاژ استفاده می‌گردند. در پست‌های زمینی ممکن است از خازن‌های فشار متوسط نیز استفاده شود. این خازن‌ها اغلب دارای راکتور بوده و هدف از نصب آن‌ها، جبران سازی توان راکتیو در سطح ولتاژ فشار متوسط است. خازن‌های فشار متوسط Indoor اغلب در پست‌های اختصاصی و داخلی نصب می‌شوند.

تصویر 2: خازن فشار متوسط داخلی

از تجهیزات حفاظتی مهم و داخل پست‌ زمینی برق می‌توان به نشانگرهای خطا، رله‌های مکانیکی ترانس، رله‌های پرایمری، رله‌های ثانویه، ترانس‌های اندازه گیری و غیره اشاره کرد. از این تجهیزات به منظور تبدیل ولتاژ و جریان، حفاظت خطوط و حفاظت ترانسفورماتورها استفاده خواهد شد. ترانس‌های ولتاژ و جریان به منظور سنجش توان مصرفی مشترک نیز استفاده می‌شوند. ترانس‌های حفاظتی و ترانس‌های اندازه گیری دارای مشخصه‌های متفاوتی هستند.

تصویر 3: نشانگر خطای اشنایدر

بخش کنترلی با ادوات قدرت و حفاظتی در ارتباط است. این سیستم دارای یک دستگاه جمع کننده و صادر کننده فرمان با عنوان RTU است. عبارت RTU مخفف Remote Terminal Unit بوده و برای اتوماسیون پست‌های زمینی استفاده می‌شود. نام فارسی R.T.U واحد یا پایانه کنترل از راه دور است. دستگاه RTU می تواند به صورت مستقل یا تجمیع شده با تجهیزات دیگر استفاده شود. به عنوان مثال رله‌های حفاظتی می‌توانند دارای RTU داخلی باشند.

تصویر 4: رله حفاظتی Fanox با RTU داخلی

در پست‌های زمینی برق ممکن است از ترانس‌های تغذیه برای تامین انرژی مورد نیاز RTU و سیستم‌های حفاظتی نیز استفاده گردد. ترانس تغذیه ولتاژ فشار متوسط را به ولتاژ تکفاز و اغلب 230 ولت تبدیل می‌کند. خروجی ترانس به UPS متصل شده و در نهایت ادوات حفاظتی و کنترلی را تغذیه می‌کند.

کلید زنی در پست زمینی

پست‌های زمینی برق اهمیت بسیار زیادی برای شرکت‌های توزیع دارند. شرکت‌های توزیع از این پست‌ها به منظور کنترل و مانور شبکه، تبدیل ولتاژ، اتصال مولدهای تولید پراکنده به شبکه و غیره استفاده می‌کنند. راهبری و پایداری شبکه‌های متراکم با توجه به تعداد پست‌های زمینی و ادوات داخل آن‌ها تعیین می‌شود. در شبکه‌های توزیع از قطع کننده‌های هوایی نیز استفاده می‌شود. اتوماسیون و نقش این قطع کننده‌ها در بخش‌های بعدی بیشتر بررسی خواهد شد. پایداری شبکه‌های توزیع به نرخ حوادث و عملیات برنامه ریزی شده بستگی دارد.

در ابتدا بهتر است تعریفی از عملیات حوادثی یا بدون برنامه داشته باشیم. همانطور که می‌دانید اغلب شبکه‌های توزیع شهری دارای یک حفاظت اصلی در پست فوق توزیع هستند. بریکر اصلی یا بریکر فیدر دارای حفاظت‌های جریانی و گاها ولتاژی بوده و یک شبکه‌ی چند کیلومتری شامل چندین پست زمینی و هوایی را تغذیه می‌کند. هرگونه خطا در این شبکه‌ی فشار متوسط باعث قطع بریکر اصلی فیدر و خاموشی کامل مشترکین خواهد شد.

پس از رخ دادن حادثه و قطع فیدر باید به سرعت محل عیب مشخص و از شبکه جدا شود. جدا سازی محل عیب با کلیدهای قابل قطع داخل پست‌های زمینی و کلیدهای هوایی صورت می‌گیرد. هر چقدر تعداد این کلیدها بیشتر باشد، فرایند جداسازی به شکل بهتری انجام خواهد شد. در پروسه‌ی شناسایی محل خطا از نشانگرهای خطا یا Fault detector و دستگاه‌های تزریق ولتاژ DC یا HVDC Tester نیز استفاده می‌شود.

تصویر 5: دستگاه تست DC با ولتاژ بالا

گام بعدی مانور شبکه است. ممکن است حادثه در ابتدا یا در میان یک فیدر رخ دادن باشد. در این صورت با جدا سازی محل عیب بخشی از مشترکین با بریکر اصلی تغذیه شده ولی قسمتی از شبکه بدون برق خواهد بود. همانطور که در کتاب تاسیسات فشار متوسط و دوره تصویری تاسیسات فشار متوسط شرح داده شد؛ شبکه های توزیع به صورت رینگ باز هستند. عبارت رینگ باز به معنی قابلیت برقدار کردن مشترکین از مسیرهای دیگر است. این پروسه با عنوان مانور شبکه شناخته می‌شود.

تصویر 6: شبکه فشار متوسط رینگ باز یا حلقوی

عملیات جداسازی و مانور با قطع و وصل کلیدهای فشار متوسط صورت می‌گیرد. قطع و وصل کلیدهای فشار متوسط اصطلاحا کلید زنی نام دارد. کلیدهای قدیمی دارای مکانیزم‌های دستی بوده و باید از محل قطع و وصل شوند. در گذشته تمام عملیات عیب یابی و جدا سازی به صورت دستی و با اعزام نیروهای فنی صورت می‌گرفت. این پروسه بسیار زمان بر بوده و ساعات خاموشی را طولانی می‌کند.

تصویر 7: افراد آموزش دیده جهت کار در شبکه های الکتریکی

زمان خاموشی به آیتم‌های زیادی مانند طول فیدر، فاصله‌ی نقطه‌ی عیب، ساعت رخ دادن حادثه، شرایط جوی، ترافیک، گستردگی خاموشی و غیره بستگی دارد. رخ دادن خاموشی و طولانی شدن آن باعث نارضایتی مشترکین، خسارت به آن‌ها و خسارت به شرکت‌های توزیع می‌گردد. رخ دادن خاموشی و افزایش زمان آن باعث بالارفتن نرخ انرژی توزیع نشده خواهد شد. انرژی توزیع نشده یک شاخص مهم در میان ارزیابی شرکت‌های توزیع است.

عملیات کلید زنی فقط مربوط به حادثه‌ها نیست. در بسیاری از مواقع پروسه‌ی کلید زنی به صورت برنامه ریزی شده صورت می‌گیرد. به عنوان مثال اعمال خاموشی برای تعمیرات را در نظر بگیرید. در این پروسه ابتدا باید مانور بار صورت گرفته و در ادامه محل تعمیرات از دو سمت بی برق شود. کلید زنی‌ها ممکن است به صورت اضطراری نیز انجام شوند. به عنوان مثال گزارش مردم در خصوص شرایط پر خطر، پیشگیری از رخ دادن حادثه یا خاموشی های پیک بار در این گروه قرار می‌گیرند.

عملیات کلید زنی به صورت برنامه ریزی شده و اضطراری نیز به صورت دستی و با اعزام نیروهای فنی صورت می‌گیرد. به صورت کلی می توان گفت که نیروهای فنی به صورت اضطراری و برنامه ریزی شده به پست های زمینی اعزام می شوند تا عملیات خاصی را انجام دهند.

اعزام نیرو به محل انجام کار باعث کند شدن پروسه و افزایش هزینه ها خواهد شد. راهکار برطرف کردن مشکلات اعزام نیرو به محل پست ها برای کلید زنی، اتوماسیون پست های زمینی است.

تبدیل ولتاژ در پست زمینی

پست های زمینی می توانند بدون ترانس و یا با ترانس باشند. پست های بدون ترانس با عنوان پست های مانوری و پست پاساژ شناخته می شوند. پست های مانوری مختص شرکت های توزیع بوده و هیچگونه تحویل و تبدیل انرژی در آن صورت نمی گیرد. این پست ها دارای چندین ورودی و خروجی بوده و هدف اصلی آن ها کلید زنی در شبکه های فشار متوسط است. پست پاساژ معمولا برای تحویل انرژی به صورت فشار متوسط به مشترکین بوده و فاقد ترانس است.

تبدیل ولتاژ در اغلب پست های عمومی و برخی از پست های اختصاصی انجام می شود. در پست های توزیع معمولا ولتاژ MV به LV تبدیل شده و یک یا چندین مشترک را تغذیه می کند. تبدیل ولتاژ از LV به MV نیز در برخی از پست های توزیع مانند نقاط اتصال تولید پراکنده به شبکه نیز صورت می گیرد. به صورت کلی می توان گفت که ترانس کاهنده برای مصرف و ترانس افزاینده برای تولید انرژی الکتریکی است. مباحث مربوط به دیجی یا مولد های تولید پراکنده و تاسیسات آن ها در بخش های بعدی بررسی خواهد شد.

تصویر 8: ترانسفورماتور خشک فشار متوسط

اتوماسیون پست زمینی برق

همانطور که شرح داده شد، در پست های زمینی MV تعدادی تجهیز قدرت وجود دارد. از تجهیزات مهم می توان به کلیدهای قابل قطع MV، بریکرهای MV، ترانسفورماتورهای MV/LV، بریکرهای LV و غیره اشاره کرد. امروزه اغلب ادوات قدرت MV و LV قابل مانیتورینگ و کنترل هستند.

قابلیت مانیتورینگ به معنی تولید سیگنال های آنالوگ و دیجیتال برای اندازه گیری و تعیین وضعیت یک سیستم است. به عنوان مثال در یک تابلوی فشار متوسط ممکن است چندین مقره خازنی وجود داشته باشد. این مقره ها دارای سیگنال آنالوگ چند ولتی بوده که برای اندازه گیری یا تشخیص وجود ولتاژ خطرناک استفاده می شود. از طرفی با سیگنال های دیجیتال می توان وضعیت قطع یا وصل بودن کلیدها و بریکرها را تعیین کرد.

کنترل به معنی قابلیت صدور فرمان و ایجاد تغییر در وضعیت تجهیزات است. به عنوان مثال فرمان قطع و وصل به بریکر را در نظر بگیرید. با ارسال فرمان قطع و وصل الکتریکی به سادگی می توان یک بریکر را قطع و وصل کرد. عمل قطع و وصل برای کلیدها یا LBS ها نیز انجام می شود.

تصویر 9: بریکر فشار متوسط

در کنار تجهیزات قدرت، ادوات دیگری مانند رله های حفاظتی، نشانگر خطا، دستگاه های اندازه گیری، سنسورهای حریق و غیره نیز وجود دارد. دستگاه های الکترونیک هوشمند با ورودی و خروجی دیجیتال یا آنالوگ یا دارای قابلیت اتصال به شبکه های صنعتی با عنوان IED یا intelligent electronic device شناخته می شوند.

تصویر 10: پاورآنالایزر CVM-C10 سیرکاتور

به منظور اتوماسیون یک پست MV به RTU با تعدادی ورودی دیجیتال، ورودی آنالوگ و خروجی دیجیتال نیاز است. تعداد ورودی ها و خروجی ها باید با توجه به نوع پست انتخاب شوند. یک RTU علاوه بر ورودی و خروجی های دیجیتال و آنالوگ باید دارای پورت های کافی جهت ارتباط با دستگاه های دیگر مانند کنتور، رله حفاظتی، نشانگر خطا، دستگاه های اندازه گیری، مودم و غیره باشد.

تصویر 11: RTU زیمنس

دستگاه های اندازه گیری، نشانگرهای خطا و رله های حفاظتی از طریق پورت اترنت و RS-485 به RTU متصل می شوند. در کنار این ورودی، خروجی و پورت های ارتباطی، یک RTU باید قابلیت اتصال به شبکه های ارتباطی مانند سرویس های مخابراتی 3G، 4G، رادیویی، فیبر نوری و دیگر شبکه های روتین را داشته باشد. گاهی اوقات اتصال به مدیای مخابراتی توسط یک دستگاه دیگر مانند مودم صورت می گیرد.

اطلاعات پست توسط ورودی و خروجی ها یا پورت های شبکه به RTU منتقل شده و اغلب با پروتکل DNP3 به مرکز کنترل مخابره می شود. عبارت DNP مخفف Distributed Network Protocol بوده و یک راه ارتباطی بین دستگاه های توزیع شده با مرکز کنترل است. پروتکل DNP3 در صنایع آب و برق استفاده می شود.

در مرکز کنترل از نرم افزار اسکادا جهت دریافت این اطلاعات و برقراری رابطه ی دو طرفه با پست استفاده می گردد. قطع کننده های فشار متوسط، دستگاه های RTU، IED، پروتکل های ارتباطی، نرم افزار اسکادا و غیره در بخش های بعدی بیشتر بررسی خواهند شد.

مزایای اتوماسیون پست توزیع زمینی

اتوماسیون پست زمینی مزیت های زیادی را برای شرکت های توزیع ایجاد می کند. برخی از مزایای اتوماسیون کردن پست های زمینی عبارتنداز:

• قابلیت قطع و وصل B.S ها در حوادث یا مانور شبکه بدون اعزام نیروی انسانی یا کاهش ترددها
• قابلیت مانیتورینگ عملکرد سیستم های حفاظتی مانند رله ها و نشانگرها
• دریافت بلادرنگ اطلاعات و کاهش زمان تصمیم گیری، اعزام نیرو و کاهش خاموشی ها
• کاهش مشکلات تردد پرسنل به پست های داخلی مانند ادارات، بانک ها، سازمان های نظامی و غیره
• قابلیت اندازه گیری پارامترهای الکتریکی مانند ولتاژ و جریان در سمت فشار متوسط و تصمیم گیری برای مانور بار
• قابلیت مانیتورینگ وضعیت بریکر یا کلید فیوز دار حفاظت اصلی یا حفاظت اولیه ی ترانسفورماتور
• قابلیت قطع و وصل بریکر یا کلید فیوز مشترک یا حفاظت اولیه ی ترانسورماتور
• قابلیت مانیتورینگ وضعیت بریکر اصلی فشار ضعیف ترانسفورماتور
• قابلیت قطع و وصل بریکر اصلی فشار ضعیف ترانسفورماتور
• قابلیت مانیتور کردن وضعیت فیدرهای خروجی و تشخیص عملکرد بریکرها و فیوزها
• قابلیت اندازه گیری پارامترهای الکتریکی مانند ولتاژ و جریان در سمت فشار ضعیف ترانسفورماتور
• قابلیت مانیتور کردن وضعیت ترانسفورماتور، تهویه و رطوبت ، پایش سیستم اعلان حریق، تردد به پست و غیره

جهت اتوماسیون پست های زمینی به دانش زیادی در خصوص تجهیزات قدرت، حفاظتی و کنترلی نیاز است. در ادامه هر یک از این بخش ها را بررسی کرده و روش اتصال آن به یک سیستم هوشمند را شرح خواهیم داد.