اتوماسیون شبکه‌های فشار متوسط

اتوماسیون شبکه‌های فشار متوسط

مقدمه

کار در حوزه‌ی تاسیسات MV یا Medium Voltage  با کتاب و دوره ی تصویری تاسیسات فشار متوسط آغاز گردید. کتاب و دوره‌ی تصویری تاسیسات فشار متوسط در برگیرنده‌ی چهار فصل اول هندبوک اشنایدر به همراه اطلاعات تکمیلی است.

تصویر 1 راهنمای طراحی تاسیسات الکتریکی اشنایدر

دوره‌ی تصویری فشار متوسط اطلاعات بیشتری را پوشش داده و شما را برای پروژه‌های اجرایی آماده می‌کند. موارد زیر بخشی از اطلاعات ارائه شده در دوره‌ی تصویری تاسیسات فشار متوسط هستند:

• قوانین و مقررات
• اتصال به شبکه فشار متوسط
• اتصال به شبکه توزیع فشار ضعیف
• راهنمای انتخاب معماری شبکه فشار متوسط و ضعیف برای ساختمان ها
• بررسی جداکننده های MV و وب سایت شرکت های سازنده
• بررسی کلیدهای قطع بار یا LBS به همراه بریکرهای گازی و خلاء
• بررسی ترانسفورماتور روغنی، ترانسفورماتور خشک، چک لیست ها، استاندارد و پلاک ها
• حفاظت ترانسفورماتور شامل رله ی پرایمری، رله ثانویه، بوخهلتس، ترمومتر، ترانس اندازه گیری، دستورالعمل توانیر برای تنظیم رله ی حفاظت ترانس، کار با رله ی MK، حافظ 121 و غیره
• بررسی تاسیسات تولید پراکنده گازی، خورشیدی و ژنراتورهای پارالل LV
• بررسی پست های MV مختلف با آرایش های متنوع
• مفهوم تست عایقی و انجام تست روی ترانسفورماتورهای توزیع با توان های 630 تا 2000 کیلو ولت آمپر
• سیم بندی بریکر پارس سوئیچ به همراه بررسی نقشه ی پست های اتوماسیون

با فراگیری دوره‌ی تاسیسات فشار متوسط شما می‌توانید با قطع کننده‌ها، ترانسفورماتور و دیگر ادوات MV کار کرده و حفاظت ترانسفورماتورهای زمینی را طراحی و اجرا کنید. گام بعدی در خصوص تاسیسات فشار متوسط مربوط به اتوماسیون است. همانطور که می‌دانید شبکه‌ی فشار متوسط کشور با سرعت بسیار بالایی به سمت هوشمندسازی پیش می‌رود.

هوشمندسازی به معنی استفاده از ادوات خودکار، قابل کنترل و رویت پذیر است. حتما تا کنون عنوان‌های بریکر موتوردار، سکسیونر موتوردار، RTU، رله های حفاظتی با پورت شبکه، رله های حفاظتی با RTU داخلی، نشانگر خطا، نرم افزار اسکادا و غیره را شنیده اید. این ادوات به ساخت شبکه ی هوشمند و قابل کنترل کمک می کنند. در این کتاب و دوره‌ی تصویری وارد دنیای اتوماسیون شبکه‌های MV خواهیم شد.

شبکه‌های فشار متوسط

شبکه‌های فشار متوسط طبق استاندارد IEC دارای ولتاژ 1 تا 35 کیلو ولت بوده و برای توزیع انرژی در شهرها، شرکت‌ها و کارخانه‌های بزرگ استفاده می‌شود. شبکه‌های فشار متوسط از دیدگاه شرکت‌های توزیع از فیدر خروجی پست‌های فوق توزیع یا فشار قوی شروع شده و تا بوشینگ های ترانسفوماتورهای MV/LV ادامه دارد. توزیع انرژی توسط شبکه‌های MV با طول و تکنولوژی‌های مختلفی صورت می‌گیرد. به صورت کلی می‌توان شبکه‌های فشار متوسط را به دو گروه هوایی و زمینی تقسیم کرد. هر یک از این شبکه‌ها مدل‌های خاص خود را دارند.

شبکه هوایی

شبکه‌ی هوایی روی پایه‌های چوبی، سیمانی، فلزی و غیره به شکل‌های مختلفی اجرا می‌شود. شبکه‌های هوایی از نظر شکل هادی‌های استفاده شده می‌توانند به شکل بدون روکش، روکش دار، کابل فاصله دار، خودنگهدار و غیره باشند. پایه‌ها و یراق آلات دیگر مانند کنسول‌ها، مقره‌ها و غیره برای نگهداری هادی‌ها استفاده می‌شوند. هادی‌ها نیز نقش انتقال انرژی را برعهده داشته و از نظر سایز و ساختار بسیار متنوع هستند.

تصویر 2 شبکه هوایی

خطوط هوایی تغذیه کننده پست‌های هوایی و زمینی هستند. پست‌های هوایی در مقایسه با پست‌های زمینی به ادوات کمتری نیاز داشته و قیمت تمام شده‌ی پائین‌تری دارند. مشکل پست‌های هوایی تاثیر پذیری از شرایط جوی، نرخ بالای سرقت و توان پایین‌تر در مقایسه با پست‌های زمینی است.

به منظور کاهش زمان خاموشی‌ها و قابلیت اطمینان می‌توان شبکه هوایی را هوشمند و قابل کنترل کرد. یراق آلات و هادی‌ها به تنهایی نمی‌توانند یک شبکه‌ی هوایی هوشمند را تشکیل دهند. برای تبدیل شبکه هوایی به یک سیستم هوشمند به ادوات زیادی نیاز است. از ادوات هوشمند یا قابل کنترل در خطوط هوایی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سکسیونر موتور دار با تابلوی کنترل
• سکشنالایزر
• بریکر هوایی
• ریکلوزر
• نشانگر خطا
• بوسترهای ولتاژ به شکل معمولی و خودکار
• جبران سازهای توان راکتیو و غیره
• لوازم اندازه گیری

ادوات فوق به صورت هوشمند ساخته شده و یا قابلیت هوشمند سازی را دارند. این تجهیزات مجهز به RTU شده و اطلاعات را از طریق بستر یا مدیای مخابراتی به مرکز کنترل ارسال می کنند. تجهیزات نصب شده در خطوط هوایی می توانند فقط ارسال کننده ی اطلاعات بوده و یا قابلیت کنترل نیز داشته باشند.

به عنوان مثال یک نشانگر خطا یا لوازم اندازه گیری را در نظر بگیرید. این ادوات تنها برای برداشت اطلاعات از وضعیت خطوط و میزان پارامترهای الکتریکی ساخته شده اند. به عبارت دیگر این تجهیزات تنها قابلیت مانیتورینگ را دارند.

تصویر 3 نشانگر خطای هوایی از برند زیمنس

در طرف مقابل یک سکسیونر، بریکر یا ریکلوزر اتوماسیون شده قرار دارد. این تجهیزات می‌توانند وضعیت و پارامترها را به مرکز کنترل مخابره کرده و دستورات آن را نیز اجرا کنند. دستورات ارسالی از مرکز کنترل می‌تواند شامل عمل قطع، عمل وصل، ریست رله، فعال کردن حالت خط گرم، فعال یا غیر فعال کردن برخی از پارامترهای حفاظتی و غیره باشد. قابل ذکر است که تجهیزات حفاظتی شامل بریکرها، ریکلوزرها و سکشنالایزرها می توانند عملکرد خودکار نیز داشته باشند. عملکرد خودکار این تجهیزات می‌تواند فقط قطع و یا پروسه‌ی کامل شامل قطع و وصل باشد.

تصویر 4 سکشنالایزر گازی

شبکه زمینی

شبکه فشار متوسط زمینی با انواع کابل‌ها اجرا می‌شود. کابل‌های فشار متوسط از نظر عایق و تعداد هسته به شکل‌های مختلفی تولید می‌شوند. در اغلب شرکت‌های توزیع از کابل‌های تک هسته یا تک کور استفاده می‌شود. شبکه‌های زمینی دارای قابلیت اطمینان بسیار بیشتری در مقایسه با خطوط هوایی هستند. به عنوان مثال خطوط زمینی تاثیر پذیری زیادی از شرایط جوی مانند طوفان ندارند.

از شبکه‌های زمینی برای توزیع انرژی در شهرهای متراکم و مناطق حساس استفاده می‌شود. کابل‌ها با استفاده از سرکابل برای اتصال به بخش‌های دیگر آماده می‌شوند. در فواصل طولانی و یا هنگام آسیب به کابل‌ها نیز از مفصل‌ها استفاده می‌شود.

شبکه زمینی به شکل‌های مختلفی احداث می‌گردد. به عنوان مثال می‌توان کابل‌ها را مستقیم در خاک دفن کرده و یا از کانال، سینی، لدر و غیره برای توزیع آن‌ها استفاده کرد. در خطوط زمینی از یراق‌های خاصی مانند بست‌ها و انواع نظم دهنده استفاده می‌شود. خطوط زمینی دارای ادوات هوشمند خاصی نبوده و تجهیزات مربوط به آن‌ها بیشتر در پست‌های زمینی نصب می‌شوند. از ادوات هوشمند یا قابل کنترل در پست‌های زمینی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کلیدهای قطع بار یا L.B.S
• کلید فیوزها
• بریکرها
• لوازم اندازه گیری
• رله‌های حفاظت ترانس
• نشانگرهای خطا و نشانگرهای برقدار بودن سرکابل به همراه مقره خازنی
• ترانسفورماتور و غیره

اغلب تجهیزات نصب شده در پست‌های زمینی قابلیت اتوماسیون را داشته و یک تجهیز هوشمند محسوب نمی شوند. به عنوان مثال کلید یا بریکر موتوردار را در نظر بگیرید. این ادوات نیاز به یک بخش کنترلی دارند. کلیدهای قابل قطع و وصل و موتور دار را می توان به RTU متصل کرد. با اینکار وضعیت آن‌ها برای مرکز کنترل ارسال شده و قابلیت صدور فرمان از راه دور نیز میسر می‌گردد.

به منظور حفاظت اصلی و حفاظت ترانسفورماتور از بریکر استفاده می‌شود. بریکر MV تنها یک قطع کننده‌ی قدرت مند بوده و برای حفاظت نیاز به یک رله دارد. رله به ترانس‌های اندازه گیری متصل شده و فرمان قطع و وصل را به بریکر می دهد. قابل ذکر است فرمان وصل در رله های مجهز به فانکشن ریکلوز صادر می گردد. اغلب رله‌های امروزی دارای پورت شبکه بوده و قابلیت اتصال به RTU را دارند. رله‌های جدید دارای RTU داخلی بوده و جهت اتصال به سیستم اتوماسیون تنها به یک مودم نیاز دارند.

تصویر 5 فانکشن های حفاظتی رله

پست‌های زمینی فقط مختص شبکه‌های کاملا زمینی نیستند. در بسیاری از مواقع خطوط هوایی نیز برش خورده و توسط کابل وارد پست‌های زمینی می شوند. استفاده از پست‌های زمینی در میان خطوط هوایی مزیت‌های خاص خود را دارد. برخی از این مزایا عبارتنداز:

• کاهش هزینه‌ی احداث شبکه‌های کاملا زمینی و استفاده از شبکه‌های ترکیبی
• ایجاد قابلیت مانور و قابلیت اتصال چندین خطوط به یکدیگر
• افزایش قابلیت اطمینان و کنترل پذیری شبکه با ادوات Indoor
• تبدیل ولتاژ برای مشترکین عمومی یا اختصاصی و افزایش قابلیت اطمینان نسبت به پست‌های هوایی و غیره

مدیای مخابراتی

با استفاده از RTU یا Remote Terminal Unit می‌توان اطلاعات دیجیتال، آنالوگ و تحت شبکه را از تجهیزات مختلفی جمع آوری کرد. این اطلاعات با پروتکل های مختلفی قابلیت ارسال به مرکز کنترل را دارند. برای ارسال اطلاعات به مرکز کنترل از مدیا یا بستر مخابراتی استفاده می‌شود.

اتصال ارسال کننده‌های اطلاعات به مرکز کنترل در فواصل کوتاه با کابل‌ها صورت می گیرد. در شبکه‌های پراکنده مانند خطوط فشار متوسط استفاده از کابل میسر نبوده و از روش‌های دیگری مانند فیبرهای نوری، شبکه‌های رادیویی و شبکه‌های مخابراتی استفاده می‌شود.

نرم افزار اسکادا

به منظور مانیتورینگ و کنترل تجهیزات ذکر شده مانند پست‌های زمینی، پست‌های هوایی، کلیدهای هوایی و ریز شبکه‌ها از نرم افزار اسکادا استفاده می‌شود. عبارت SCADA مخفف Supervisory Control and Data Acquisition است. اغلب تجهیزات ذکر شده با پروتکل DNP3 به این نرم افزار متصل می‌شوند. این نرم افزار باید موارد زیر را به خوبی پوشش دهد:

• توانایی دریافت اطلاعات از صدها دستگاه با هزاران تگ دیجیتال و آنالوگ
• پوشش پروتکل‌های استاندارد مانند DNP3، مدباس و غیره با روش‌های مختلف ارتباطی
• قابلیت تعریف فرمول‌های ریاضی مانند جمع کردن توان‌ها، تولیدها و غیره
• قابلیت تعریف انواع آلارم و ارتباط آن با تگ‌های دیجیتال و آنالوگ
• قابلیت ارسال پیام کوتاه و ایمیل با شرایط خاص مانند تجاوز از قدرت، رخ دادن خاموشی‌های گسترده و غیره
• قابلیت تعریف عملیات برنامه ریزی شده و ارسال پیام کوتاه یا ایمیل
• صدور فرمان و کنترل ادوات مجهز به RTU
• قابلیت تغییر در تنظیمات دستگاه‌ها مانند رله‌های حفاظتی بریکرها، سکشنالایزرها، ریکلوزرها و غیره
• قابلیت دریافت فایل‌های ذخیره شده در دستگاه‌ها مانند لاگ ها و رخ دادها
• شمای گرافیکی مناسب با سمبل‌های الکتریکی و غیر الکتریکی
• قابلیت تعریف دستگاه‌ها روی نقشه‌ی GIS
• هوشمندی و قابلیت ارتباط با نرم افزارهای دیگر برای تغییر رنگ در نقشه‌ها، ارسال پیام کوتاه به مشترکین و غیره

ماهیت شبکه‌های اتوماسیون فشار متوسط تا این قسمت مشخص شد. در ادامه تمام تجهیزات و اجزای مرتبط با ساخت یک سیستم هوشمند بررسی خواهد شد.