با توجه به مزیت‌ها و استفاده‌های مهم انرژی الکتریکی در زندگی روزمره و همچنین بر سایر انرژی‌ها، به علت سهولت و راحتی توزیع برق و همچنین امکان انتقال برای مسافت‌های بسیار طولانی، در عصر حاضر پیش بینی می‌گردد که بیشترین میزان مصرف انرژی در قرن آینده کماکان به شکل انرژی الکتریکی باشد و شبکۀ توزیع که عهده دار وظیفه‌ی ارائه انرژی الکتریکی به مصرف کنندگان مربوطه می‌باشد، به عنوان یکی از اجزای اصلی سیستم قدرت از اهمیت و ارزش قابل ملاحظه ای برخوردار می‌گردد. به علت این اهمیت بالا لازم است که با فرایندهای رسیدن انرژی الکتریکی به دست مصرف کننده آشنا شویم و در این مقاله از آموزش برق در وبلاگ نوین پارسیان، به این موضوع مهم یعنی تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی میپردازیم.
برای شرکت در آموزش دوره برق در نوین پارسیان کلیک نمایید
دسته بندی ساختار شبکه های الکتریکی
به صورت کلی می‌توان ساختار شبکه‌های الکتریکی را در قالب سه گروه به نحو زیر دسته بندی کرد:
۱– تولید (Generation)
۲– انتقال (Transmission)
۳– توزیع (Distribution)
تولید الکتریسیته
در حقیقت تولید الکتریسیته فرایندی است که در طی اعمال آن از یک منبع انرژی بهره برداری می‌شود تا در نتیجه‌ی واکنش‌هایی انرژی الکتریکی تولید شود. پایه‌ای ترین اصول مرتبط با تولید الکتریسیته توسط دانشمند نام‌آشنای انگلیسی مایکل فارادی در دهۀ ۱۸۲۰ تا اوایل دهه ۱۸۳۰ میلادی کشف شد. روش پایه‌ای وی هنوز هم در فرایندهای تولید الکتریسیته استفاده می‌شود:
الکتریسیته با حرکت یک حلقه سیم یا یک استوانه از جنس مس مابین قطب‌های یک آهنربا (ژنراتور) تولید می‌شود.
برای شرکت‌هایی که در مباحث مرتبط با الکتریسیته فعالیت میکنند تولید الکتریسیته نخستین مرحله در رساندن الکتریسیته به دست مشتری‌ها است و پس از تولید و در مراحل بعدی پروسه‌های انتقال و توزیع قرار دارند. الکتریسیته به صورت معمول در نیروگاه توسط ژنراتور‌ها (Generator) تولید می‌شود. ژنراتور‌ها در جهت انجام وظیفه‌ی خود در تولید الکتریسیته نیازمند یک محرک مکانیکی خارجی می‌باشند؛ این محرک امکان دارد یک موتور دیزل و یا یک توربین باشد. به صورت کلی مکان نصب ژنراتور و تجهیزات مرتبط با آن را نیروگاه می نامند. نیروگاه‌های برق عموما در دو نوع جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) می‌باشند.
برای شرکت در دوره آموزش اتوکد در آموزشگاه نوین پارسیان کلیک نمایید
دسته‌بندی نیروگاه‌ها برپایه‌ی نوع مصرفی و عامل محرک:
۱- نیروگاه حرارتی
۱.۱. نیروگاه هسته‌ای
۱.۲. نیروگاه با سوخت زغال سنگ
۱.۳. نیروگاه با سوخت زغال نفت
۱.۴. نیروگاه با گاز طبیعی
۲- منابع انرژی تجدیدپذیر
۲.۱. نیروگاه برق‌آبی
۲.۲. نیروگاه خورشیدی
۲.۳. نیروگاه بادی
۳- انرژی دریایی
۴- زیست‌سوخت
۵- توان اسمزی
از سال ۱۸۸۱ میلادی تا به الان و برای بیشتر از 140 سال انرژی الکتریکی برای تغذیه مصرف کننده‌های انسانی با استفاده از روش‌ها و منابع مختلف تأمین می‌شود. نخستین مولدهای الکتریکی با استفاده از انرژی آب و ذغال سنگ فعالیت می‌کردند، اما در عصر حاضر قسمت عظیمی از انرژی الکتریکی به وسیله انرژی به دست آمده از سوخت‌های فسیلی (حرارت)، انرژی حاصله از هوای فشرده (گاز طبیعی)، انرژی هسته‌ای، هیدروالکتریک و همچنین نفت تولید می‌شود که البته در میان این منابع پرکاربرد منابع دیگری با کاربرد به نسبت کمتری هم مانند انرژی خورشیدی، انرژی حاصل از جزر و مد آب دریا، انرژی جنبشی باد و انرژی زمین گرمایی وجود دارند که در مقایسه با موارد فوق الذکر نقش کوچکتری در تولید برق ایفا میکنند.
انتقال الکتریسیته
فرایندهای مرتبط با جابجایی توان الکتریکی از نیروگاه به مناطق دیگر را انتقال انرژی الکتریکی می‌گویند. این فرایند به صورت معمول شامل پروسه‌هایی همانند انتقال انرژی الکتریکی از تولیدکننده یا مولد به پستهای توزیع در نزدیکی شهرها و مناطق مسکونی یا مراکز تجمع صنایع می‌باشد و پس از این یعنی فرایندهای تحویل انرژی الکتریکی به مصرف‌کننده‌ها در محدوده فرایندهای توزیع انرژی الکتریکی است. انتقال انرژی الکتریکی به ما این اجازه می‌دهد تا به ساده‌ترین نحو ممکن و بدون پذیرش هزینه حمل سوخت‌‌ها و تاسیسات موردنیاز برای انجام آن و هم چنین جدای از آلودگی تولید شده از سوزاندن سوخت‌‌ها در فرایندهای نیروگاهی، از انرژی الکتریکی در دورترین نقاط ممکن بهره بگیریم. حال آن که در بسیاری موارد انتقال منابع انرژی تولید الکتریسیته مانند آب سدها یا باد به هیچ وجه ممکن نیست و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است.
در شبکه‌ی برق رسانی سراسری، نزدیکی نیروگاه و محل تولید انرژی با دیگر محل مصرف ضروریتی ندارد، چرا که احداث نیروگاه‌ها و تولید انرژی الکتریکی بدون محدودیت نیست و باید مواردی را رعایت کرد. لذا این جا است که اهمیت بالای خطوط انتقال انرژی الکتریکی مشخص می‌شود. در شبکه‌ی برق رسانی در جهت انجام عملیات‌های انتقال انرژی الکتریکی در فاصله‌ی مابین نیروگاه‌ها تا شهرها و مناطق مسکونی یا صنعتی (محل مصرف) از خطوطی استفاده می‌شود که دارای سطح ولتاژ بسیاربالایی می‌باشند و به صورت معمول از تیرهای بتونی بزرگ و یا پایه‌های فلزی استفاده می‌شود، به این دلیل که توان انتقالی بالا بوده و به علت بالا بودن جریان انتقالی و بزرگ بودن میزان سطح مقطع یا زیاد بودن تعداد رشته سیم‌ها و همینطور افزایش وزن سیمی که پایه سیم‌ها بایستی تحمل کنند از پایه‌های محکم و با استقامت فلزی به نام دکل استفاده می‌شود.
برای شرکت در دوره آموزش e3d در نوین پارسیان کلیک نمایید
ولتاژ خطوط انتقال انرژی الکتریکی ایران
۶۳KV – 132KV – 230KV – 400KV
قسمتی از انرژی الکتریکی در حین انتقال به انرژی حرارتی تبدیل می شود که به آن مقدار تلفات انرژی در شبکه می‌گویند. در جهت کاهش تلفات انرژی، ولتاژ شبکه‌های انتقال نیرو به واسطه‌ی پست افزاینده زیاد می‌شود و در بخش انتهایی شبکه‌ی انتقال نیرو به وسیله‌ی پست کاهنده کاهش می یابد. در جهت کاهش یا افزایش ولتاژ از تجهیزاتی به نام ترانسفورمر استفاده می‌شود که در حقیقت یک مبدل ولتاژ است.
به دلیل زیاد بودن مقدار توان مورد بحث، ترانسفورماتورها کمابیش در ولتاژهای به نسبت بالایی کار میکنند (۱۱۰ کیلوولت یا بیشتر) انرژی الکتریکی به صورت معمول در فواصل طولانی به واسطه‌ی خطوط هوایی انتقال می‌یابد. از خطوط زیر زمینی تنها در مناطق پرجمعیت شهری استفاده می‌شود و این در حقیقت به علت هزینه‌ی بالای اجرا، راه‌اندازی و نگهداری و همینطور تولید توان راکتیو اضافی در این‌گونه خطوط است
توزیع انرژی الکتریکی
مرحله‌ی توزیع انرژی الکتریکی در حقیقت یکی از مراحل پایانی تحویل انرژی الکتریکی به دست مصرف‌کننده‌هاست. طی این مرحله، انرژی الکتریکی از سیستم انتقال به مصرف‌کنندگان منفرد انتقال داده می‌شود. پستهای توزیعی که به سیستم انتقال متصل هستند ولتاژ انتقال که مقدار بالایی دارند را به ولتاژهای متوسط (مابین ۲ کیلو ولت و ۳۵ کیلو ولت) با استفاده از ترانسفورماتورها کاهش می‌دهند. در این میان، شبکه‌های توزیع انرژی الکتریکی، نقطه تلاقی مشترکین صنعت برق می‌باشند و هر اشکالی در هر بخشی از سیستم توزیع در این صنعت، از دید مصرف کنندگان، مشکل و نقص کلیه‌ی صنعت برق قلمداد خواهد شد. توسعه‌ی روز افزون علم و صنعت، عدم پیش بینی صحیح این روند پیشرفتگی و همچنین عقب ماندگی تکنولوژی، همیشه مشکلاتی را در سیستم توزیع انرژی الکتریکی به همراه داشته است.
قیاس بین سیستم های انتقال الکتریسیته هوایی و زمینی
در بررسی نقاط ضعف و قوت مابین شبکه‌های هوایی و زمینی، بایستی توسعه‌ی همه جانبه سیستم‌های الکتریکی و همچنین مقرون به صرفه بودن و معقول بودن هزینه آن را مد نظر قرار داد. طبیعت ساختمانی، چگونگی احداث، بهره برداری و تجربه‌های نگهداری از این دو گونه سیستم توزیع، برای مقایسه‌ی همه جانبه و کامل شبکه‌های هوایی با سیستم‌های زمینی به شرح آورده شده است.
خطوط انتقال انرژی الکتریکی به دو گروه کلی تقسیم می‌شوند:
خطوط انتقال زمینی
نخستین انواع خطوط انتقال برق، خطوط زمینی بودند؛ اما کم کم و با گذشت زمان جای خود را به خطوط هوایی دادند. راه اندازی خطوط زمینی انتقال برق به دلیل هزینه‌های فراوان حفاری و ایجاد کانال‌های زیر زمینی و زمینی بسیار پرهزینه‌تر از راه اندازی خطوط هوایی است و گرفتن انشعاب از این خطوط مستلزم وجود جعبه‌های انشعاب، ایستگاه‌های توزیع، و تابلو‌های برق می‌باشد. همچنین عیب یابی این خطوط به علت آسان نبودن دسترسی به آنها احتیاج به وسائل و ابزار مخصوص و گران قیمتی دارد که هزینه‌های آن را افزایش می‌دهد. در عوض در عملکرد و فعالیت خطوط زمینی به ندرت مشکل خاصی به وجود می‌آید و قطعی یا خاموشی آن به مراتب از خطوط هوایی کمتر است.
خطوط انتقال هوایی
خطوط انتقال هوایی نوعی از خطوط انتقال می‌باشند که در آن از تیرها و دکل‌ها برای نگه داشتن کابل‌ها در فاصله‌ای مشخص بالای سطح زمین استفاده می‌شود. از آن جایی که در این گونه خطوط از هوا به عنوان عایق کابل‌ها استفاده می‌شود این روش انتقال از رایج‌ترین و کم هزینه‌ترین روش‌های انتقال است. احداث شبکه‌های هوایی به مراتب راحت‌تر بوده و در هر محل و نقطه می‌توان به وسیله شبکه هوایی، با سرعت بالا جریان برق را برقرار نمود. به صورت کلی سیستم‌های هوایی برخلاف سیستم‌های زمینی، بسیار کم هزینه تر و ارزان ترند.
سطوح توزیع الکتریسیته
در خط‌های توزیع برق با توجه به کاربرد و هدف موردنظر از سطوح مختلف ولتاژ فشار ضعیف و فشار متوسط استفاده می‌شود. در ادامه به هرکدام از این دو میپردازیم:
خط های فشار ضعیف
برق مصرف کنندگان عادی و وارد غیرصنعتی با استفاده خط‌های فشار ضعیف تأمین می‌شود. این خط‌ها آخرین بخش از شبکه‌ی گسترده و عظیم برق رسانی را قبل از تحویل انرژی به مصرف کننده شکل می‌دهند. خط‌های توزیع برق فشار ضعیف رایج در سراسر کشور ما از انواع ۳۸۰/۲۲۰ ولتی و به صورت معمول به صورت ۵ سیمه اند و وظیفه‌ی برق رسانی به منازل و مکان‌های داخل شهر را بر عهده دارند.
خط های فشار متوسط
شبکه‌های فشار متوسط عمومی در ایران، با ولتاژهای ۳۳، ۲۰ و ۱۱ کیلو ولتی فعالیت میکنند؛ که در این میان، ولتاژ ۲۰ کیلو ولت رایج ترین ولتاژ مابین آنها است و امروزه نیز، طراحی، ایجاد و توسعه‌ی شبکه‌های فشار متوسط جدید به شکل اساسی با ولتاژ ۲۰ کیلو ولت صورت می‌گیرد. در برخی از شهرها نیز که از زمان قدیم ولتاژ ۱۱ کیلو ولت معمول بوده است، رفته رفته و با گذشت زمان و جایگزینی بخش‌های مختلف خطوط، جای خود را به ولتاژ ۲۰ کیلو ولت داده‌اند. رساندن انرژی و توان به مراکز مصرف به صورت معمول با خط‌های ۶۳ یا (۶۶) و یا ۱۳۲ کیلو ولتی انجام میپذیرد. این قسمت از فعالیت‌های نیرو رسانی را در اصطلاح شبکه‌های فوق توزیع می‌نامند.
دسته بندی معمول شبکه‌های توزیع
شعاعی
در شبکه‌ی شعاعی خطوط توزیع بعد از جدا شدن از پست توزیع به هیچ منبع دیگری متصل نمی‌شوند. از این روش به صورت معمول در شبکه‌های روستایی با مصرف‌کننده‌های به نسبت دور افتاده بهره برداری می‌شود و از شبکه‌های اتصال یافته معمولاً در سطح شهرها استفاده می‌شود. در ساختار این شبکه مسیرهای توزیع دارای دو یا چند اتصال مختلف به مسیرهای دیگر می‌باشند در نتیجه مصرف‌کننده‌ها چندین مسیر مختلف در جهت اتصال به منبع دارند.
اتصال یافته
نقاط اتصال در شبکه‌ی توزیع برق از نوع اتصال یافته معمولاً باز هستند. اعمال دستور بسته یا باز شدن اتصال‌ها معمولاً به وسیله ابزاری به نام «دیسپاچینگ » صورت می‌گیرد. کارایی قابل توجه این اتصال‌ها معمولاً در زمان‌های بروز مشکل در عملکرد خط مشخص می‌شود. در حالتی که قسمتی از خط به دلیل خرابی غیرقابل استفاده باشد به وسیله‌ی قابلیت وصل و قطع می‌توان تعدادی از اتصال‌ها رااز خط خارج کرد و قسمت معیوب را از بقیه قسمت‌ها جدا کرده و دیگر قسمت‌ها را به صورت عادی تغذیه نمود. هر یک از خطوط جدا شده از پست توزیع دارای کلید مدارشکن (دژنکتور) در جهت قطع مدار در مواقع بروز حادثه یا مشکل هستند
پست ها (ایستگاه های) توزیع
آخرین مرحله در روند تغییر سطح ولتاژ و تغییر ولتاژ انرژی برق به ولتاژ قابل استفاده برای مصرف کنندگان، در پست ها (ایستگاه های) توزیع صورت میپذیرد و بعد از آن، برق آمادۀ تحویل به مشترکان عادی و استفاده‌ی مردم می‌شود .این ایستگاه ها در شبکۀ برق کشور در دو نوع زمینی (نصب شده در ساختمان) و هوایی (نصب شده در هوای آزاد و روی پایه های برق) رایج اند. پست های زمینی به صورت کلی به محدودۀ داخلی شهرها و برخی از مشترکان مصارف سنگین اختصاص دارند و ویژگی اساسی آنها، در قیاس با ایستگاه های هوایی، ظرفیت نامی بالاتر و قابلیت مانور روی شبکه از طریق تجهیزات موجود در آنها می‌باشد. در بیرون از محدوده های شهری نوع رایج، پست های هوایی است (مگر به دلیل شرایط استثنایی).پستهای پد مانتد (Pad Mounted) و کیوسک (Kiosk) هر دو زیر مجموعۀ پستهای کمپکت (Compact) هستند. به عبارت دیگر، پست‌هایی هستند که به گونه‌ای طراحی شده اند تا فضای کمتری اشغال کنند. هر دوی این پست‌ها در معابر عمومی و بر روی فونداسیون‌های بتن مسلح نصب می‌شوند که معمولاً ۱۰ تا ۱۵ سانتیمتر از سطح زمین بلندتر هستند. به طور کلی از نطر ظاهر بیرونی، این دو پست تفاوت زیادی با هم ندارند و تنها ابعاد پستهای پد مانتد (Pad Mounted) مقداری کمتر از پستهای کیوسک (Kiosk) است.
