محدودیت‌های منابع انرژی و تحویل مقرون‌به‌صرفه برق به مصرف‌کنندگان؛ شرکت‌های توزیع نیروی برق و مهندسان را وادار به افزایش کارایی شبکه‌های توزیع نیروی برق کرده است. از طرفی کاهش زیاد تلفات برق منجر به افزایش سرمایه گذاری پروژه می شود. بنابراین کاهش تلفات یک کار اقتصادی است که به تجهیزات نصب شده در شبکه ها که در دوره revit mep مورد بررسی قرار میگیرد، نرخ تلفات انرژی و توان، تورم و نرخ بهره، نرخ انتشار دی اکسید کربن و سایر پارامترهای اقتصادی مربوط می شود. علت تلفات برق در شبکه های توزیع معمولا به دو بخش عمده تلفات فنی و غیرفنی تقسیم می شود. تلفات فنی به ویژگی فیزیکی هادی و تجهیزات مربوط می شود و به تلفات الکتریکی ناشی از جریان های حمل هادی ها اشاره دارد. در این مطلب قصد داریم به انواع این تلفات و راهکار های کاهش آن بپردازیم.
شبکه توزیع برق
تامین برق سه مرحله دارد. تولید، انتقال و توزیع. این سیستم پیچیده شبکه نامیده می شود.
ابتدا نیروگاه ها با مصرف یک انرژی اولیه، برق که فرم یک انرژی ثانویه است را تولید می کنند؛ منبع انرژی اولیه برای تولید از مکانی به مکان دیگر متفاوت است. سپس، یک ترانسفورماتور ولتاژ آن را برای انتقال افزایش می دهد.
خطوط انتقال اصلی، الکتریسیته را در فواصل طولانی با ولتاژ بالا حمل می کنند. یک ترانسفورماتور محلی نزدیک به مقصد نهایی ، ولتاژ را کاهش می دهد
توزیع زمانی آغاز می شود که کابل ها برق را از انتقال به مصرف کنندگان حمل می کنند؛ کابل ها و سیم ها از طریق تیرهای برق و تاسیات برقی زیر زمینی حرکت می کنند. خطوط توزیع نازک تر، برق را برای تامین برق خانه ها حمل می کنند. ترانسفورماتورهای کوچک روی تیرهای برق دوباره ولتاژ را کاهش می دهند و در نهایت برق به دست مصرف کننده ها میرسد. این تجهیزات و مدارک مورد نیاز آن جهت طراحی در طراحی تابلوهای MV/LV پرداخته و بررسی میشود.
تلفات سیستم توزیع برق هزینه دارد همچنین می توانند عواقب خطرناکی برای دستگاه های الکتریکی که در خانه به برق وصل هستند، داشته باشند.
تلفات برق
برخی از تلفات برق در سیستم های توزیع برق اجتناب ناپذیر است، این موضوع در مراحل تولید و انتقال برق نیز صادق است. اما کارشناسان معتقدند، انرژی زیادی در سیستم های توزیع برق از دست می رود. این تلفات توزیع به دو دلیل فنی و غیر فنی رخ می دهد.
تلفات فنی انرژی
تلفات فنی ناشی از انرژی تلف شده در هادی ها، تجهیزات مورد استفاده برای ترانسفورماتور، خط فرعی انتقال و خط توزیع و تلفات مغناطیسی در ترانسفورماتورها می باشد. تلفات فنی معمولاً 22 درصد از کل تلفات را شامل میشود و مستقیماً به مشخصات شبکه و نحوه عملکرد بستگی دارد.
بیشترین میزان تلفات فنی در یک سیستم قدرت در خطوط توزیع اولیه و ثانویه است. در حالی که خطوط انتقال و فرعی تنها حدود 30 درصد از کل تلفات فنی را تشکیل می دهند. بنابراین سیستم های توزیع اولیه و ثانویه باید به درستی برنامه ریزی شوند تا از محدودیت ها اطمینان حاصل شود.
دو نوع تلفات انرژی فنی وجود دارد.
- تلفات ثابت
- تلفات متغیر
تلفات ثابت
تلفات ثابت همانطور که از نامشان پیداست تلفات ثابت و اجتناب ناپذیری هستند و فقط با تعمیرات شبکه و تجهیزات حل می شوند. این تلفات در ترانسفورماتورها، خطوط و کابل های شبکه توزیع برق و اغلب در خطوط اولیه و ثانویه ایجاد می شوند.
به عنوان مثال، ترانسفورماتورها در اثر نیروهای مغناطیسی انرژی خود را به صورت گرما و نویز از دست می دهند. خطوط انتقال در ولتاژهای بالا انرژی را به صورت تخلیه الکتریکی از دست می دهند که نشانه آن صدای خش خش یا ترک خوردن است که در نزدیکی هادی ها شنیده می شود. جریان ورودی کابل های شبکه نیز می تواند باعث تلفات ثابت شود، این تلفات زمانی که کابل ها بسیار طولانی هستند یا دارای برق با ولتاژ بالا هستند بیشتر است.
تلفات متغیر
تلفات متغیر بستگی به مقدار جریان الکتریسیته عبوری از طریق کابل ها دارد. این نوع تلفات به علت مقاومت الکتریکی شبکه در مقابل جریان عبوری ناشی می شوند. بنابراین، فعالیت مصرف کننده و مقدار نهایی مصرف، تلفات متغیر را تعیین می کند. هنگامی که شبکه به شدت بارگذاری می شود، تلفات سیستم به شدت افزایش می یابد و خسارت مالی قابل توجهی ایجاد می کند.
به طور کلی تلفات ثابت بیشتر از تلفات متغیر است. با این حال، بسته به مقدار مصرف انرژی میتواند این نسبت متغیر باشد.
برخی از منابع اصلی تلفات فنی عبارتند از:
(1) تلفات اهمی هادی خط اولیه،
(2) تلفات اهمی هادی خط ثانویه و سرویس،
(3) تلفات بار و بدون بار ترانسفورماتور،
(4) مدیریت ضعیف تیرهای چراغ برقی
تلفات انرژی غیر فنی
این نوع تلفات شامل تلفاتی است است که انرژی مصرف می شود اما به درستی ثبت نمی شود. ، تلفات انرژی غیر فنی می تواند به دلیل سرقت، منابع بدون اندازه گیری و حمل و نقل اتفاق بیفتد. سارقان ، کنتورها و سایر قسمت های شبکه توزیع را دستکاری می کنند تا از پزداخت هزینه آن فرار کنند.
منابع بدون اندازه گیری (UMS) شامل تجهیزات الکتریکی و روشنایی از جمله تیر های چراغ برقی، تابلوهای ایستگاه اتوبوس و همچنین تابلوهای تبلیغاتی میشود. مناطق اشتراکی در ساختمان های دولتی نیز ممکن است از UMS استفاده کنند. شرکت های آب و برق مصرف انرژی UMS را بررسی می کنند. با این حال، برآوردها و مصرف واقعی UMS متفاوت است و باعث ضرر غیر فنی می شود.
بصورت کلی ، تلفات غیرفنی بیشتر ناشی از تلفات فنی است، بنابراین می توان با سیاست گذاری موثرتر آن را به حداقل رساند. بیشتر تلفات برق در کشورهای در حال توسعه به دلیل تلفات غیرفنی است.
برخی از منابع تلفات غیرفنی عبارتند از:
(1) سرقت برق
(2) کمبود کنتور برق
(3) قرائت نامناسب کنتور
(4) صورتحساب اشتباه و کنتورهای فهرست نشده
(5) اتصالات شل و سست
(6) خطای محاسبه انرژی تحویل شده و فروخته شده
(7) تلفات اتصالی مانند اتصال درختان با خطوط هوایی
برای شرکت در دوره آموزش تاسیسات برقی در نوین پارسیان کلیک نمایید
راه های کاهش تلفات
روش های زیادی برای کاهش تلفات الکتریکی در شبکه های توزیع وجود دارد برخی از عمده روش های مورد استفاده در زیر ارائه شده‌اند.
- جلوگیری از سرقت برق
- بهبود اندازه گیری
- مکان یابی و اندازه ترانسفورماتورهای توزیع
- اندازه هادی
- جبران توان راکتیو
- ارتقاء ولتاژ
- استانداردسازی روشنایی خیابان
- تعادل بار و پیکربندی مجدد شبکه
- تصحیح اتصالات شل
- تعویض کابل های سرویس
- تولید پراکنده
از آنجایی که بیشترین تلفات الکتریکی در شبکه‌های توزیع رخ می‌دهد، روش‌های کاهش تلفات بر روی این شبکه‌ها تمرکز دارند.
در ادامه به چند مورد از مهم ترین این تلفات و روش های کاهش آنها میپردازیم:
کاهش تلفات ترانسفورماتور
تلفات ترانسفورماتور به دو روش مختلف ایجاد می شود، تلفات هسته (بدون بار) و تلفات مقاومتی (مس).
- تلفات هسته: تلفات هسته تلفاتی هستند که در اثر برق رسانی به ترانسفورماتور ایجاد می شوند. این تلفات با توجه به اندازه ترانسفورماتور و مواد مورد استفاده برای ساخت ترانسفورماتور متفاوت است. برای به حداقل رساندن تلفات هسته، تعیین ظرفیت مناسب ترانسفورماتور ضروری است. به عنوان مثال، هنگامی که یک مشتری صنعتی بزرگ با ماشین آلات سنگین و تقاضای برق بالا از یک ساختمان بزرگ خارج می شود و یک انبار تنها با چراغ و چند ماشین اداری جایگزین آن می شود. تلفات هسته ترانسفورماتورها می تواند از مصرف برق سالانه کسب و کار جدید فراتر رود چرا که ظرفیت موجود بسیار بالاتر از ظرفیت مورد نیاز واحد جدید است.
- تلفات مقاومتی: تلفات مقاومتی در درجه اول تابعی از جریان عبوری از ترانسفورماتور است که باعث افزایش دمای آن میشود.افزایش این تلفات با جریان بصورت نمایی اتفاق می افتد. به همین دلیل مهم است که ظرفیت یک ترانسفورماتور کوچک تر از ظرفیت مورد نیاز نباشد، در غیر این صورت با تلفات زیاد مقاومتی روبرو می شویم. یکی از روش های کاهش این تلفات این است که شرکت‌های برق، بانک‌هایی از سه یا چند ترانسفورماتور را در پست‌ها نصب کنند،در دوره های کم باری یک یا چند ترانسفورماتور را قطع کنند (برای جلوگیری از تلفات بیش از حد هسته)، و سپس در دوره‌های پر تقاضا انها را روشن کنند (برای جلوگیری از تلفات مقاومتی).
کاهش تلفات خط (رسانا یا هادی)
همه هادی های درجه یک از آلومینیوم یا مس بسیار خالص ساخته شده اند که هر دو ذاتاً مقاومت کمی در برابر جریان الکتریکی دارند. سه عامل وجود دارد که بیشترین تأثیر را در تلفات هادی دارد.
- کیفیت اتصالات در هر انتهای هادی ها (و هر اتصالی که ممکن است در خط میانی وجود داشته باشد) است.
- اندازه هادی نسبت به آمپری که حمل می کند
- ولتاژی که هادی ها در آن کار می کنند
کیفیت اتصال
کیفیت اتصال به طور کلی در کشورهای توسعه یافته بسیار خوب است، اما منبع تلفات بسیار قابل توجهی در کشورهای در حال توسعه بدلیل عدم کیفیت مناسب آن است. در اثر این عدم کبفبت ، کانکتورهای خورده یا سیم های پیچ خورده ساده منجر به ایجاد قوس الکتریکی قابل توجهی در جریان الکتریکی می شوند که انرژی را به شکل گرما هدر می دهد.
انداره هادی
اندازه رسانا بر مقاومت خط در برابر جریان عبوری از آن تأثیر می‌گذارد. در جاهایی که آمپر بالا پیش‌بینی میشود، هادی‌های بزرگ‌تری مورد نیاز است، درست همانطور که برای کار با ابزارهای برقی و سایر وسایل پر مصرف به یک سیم کشی با گیج بزرگ‌تر نیاز است. شرکت‌های برق گاهی اوقات سیم‌ها را تغییر می‌دهند یا یک مدار توزیع موجود را (بدون تغییر ولتاژ آن) دوباره هادی re-conductor می‌کنند تا ظرفیت را افزایش دهند و تلفات آن مدار را کاهش دهند. این کار هزینه بالایی را در بر خواهد داشت، اما نه به اندازه هزینه بازسازی کامل لازم برای افزایش ولتاژ. و گاهی اوقات هیچ جایگزین دیگری وجود ندارد، مانند زمانی که یک منطقه مسکونی تک خانواده به تدریج به توسعه چند خانواری یا تجاری تبدیل می شود.
ولتاژ هادی
ولتاژ با کاهش آمپر مورد نیاز برای رساندن هر تعداد معینی از وات به مشتریان بر تلفات تأثیر می گذارد. با افزایش ولتاژ در یک خط – که معمولاً به این معنی است که ترانسفورماتورهای جدید نیز باید نصب شوند – یک شرکت برق می تواند آمپراژ را در خط کاهش دهد. استفاده از کابل زیرزمینی برای خطوط ولتاژ بالاتر چندین برابر گران‌تر از ساخت و ساز سقفی است و عموماً به فواصل نسبتاً کوتاه و زمین نسبتاً مسطح محدود میشود. تشویق به استفاده از تولید پراکنده مانند فتوولتائیک خورشیدی و توربین های بادی نیز در صورت برنامه ریزی درست می تواند تلفات سیستم را تا حد زیادی کاهش دهد؛ تولید پراکنده با فراهم کردن منبع انرژی نزدیکتر به بارهای دریافت کننده، از خطوط انتقال طولانی از نیروگاه های مرکزی دورتر جلوگیری می کند و متحمل تلفات کمتر در مسیر می شود.
کاهش تلفات توان راکتیو
“توان اکتیو” بخشی از توان الکتریکی است که کار مفید انجام می دهد و “توان راکتیو” میدان مغناطیسی مورد نیاز موتورها و ترانسفورماتورها را ایجاد می کند، اما به کار مفید کمک نمی کند. تفاوت بین این دو نشان دهنده میزان کارآمدی استفاده از توان واقعی است. توان اکتیو فقط از ژنراتورها و تولید پراکنده مانند فتوولتائیک خورشیدی تامین می شود ولی توان راکتیو هم از ژنراتورها و هم از خازن ها قابل تولید است.
نسبت توان اکتیو(بر حسب کیلو وات kW) به توان راکتیو(بر حسب کیلو ولت آمپر kVA) با کمیتی تحت عنوان “ضریب توان” تعریف میشود که نشاندهنده ی این است که یک دستگاه چگونه به طور موثر از برق استفاده می کند؛ برای حداکثر بازده، یک ژنراتور باید با ضریب توان نامی خود یا بالاتر کار کند؛ همین امر در مورد موتورها و سایر تجهیزات نهایی نیز صادق است.
بارهای مقاومتی (مانند لامپ های رشته ای) دارای ضریب توان 1.00 هستند، به این معنی که فقط از توان واقعی استفاده می کنند. بنابراین قدرت واقعی و قدرت ظاهری برای چنین بارهایی یکسان است. با این حال، موتورها، ترانسفورماتورها، تجهیزات الکترونیکی و خطوط توزیع هم توان واقعی و هم توان راکتیو را مصرف می کنند. بنابراین ضریب توان آنها کمتر از 1.00 است در واقع، برخی از موتورها (مانند موتورهای یخچال و به ویژه تهویه مطبوع قدیمی) و منابع تغذیه الکترونیکی (مانند رایانه‌های شخصی، تجهیزات اداری و تلویزیون) بارهایی را به سیستم الکتریکی تحمیل می‌کنند که بیش از مقدار توان مصرفی آنها است.
تجهیزات جدید مانند کنتورهای برق هوشمند می‌توانند کیلوولت امپر ساعت را به راحتی اندازه‌گیری کنند و این تفاوت بار را شناسایی کند و به مصرف کنندگان یا شرکت ها کمک کند تا اقدامات اصلاحی انجام دهند. این اقدامات معمولاً شامل نصب خازن‌هایی برای تأمین توان راکتیو در تجهیزات مشتری به جای نیاز به شبکه برای تأمین تمام توان راکتیو مورد نیاز است. بنابراین شرکت‌های برق می‌توانند برای برق واقعی مورد نیاز (kVA) و نه فقط برق مصرفی (کیلووات) از مشتریان صورتحساب بگیرند. این به نوبه خود یک انگیزه واقعی برای مصرف کنندگان برای سرمایه گذاری در اصلاح ضریب توان ایجاد می کند. یکی از کارآمدترین یخچال‌های خانگی فروخته شده، مدل فریزر 22 فوت مکعبی Whirlpool، دارای ضریب توان زیر 40 درصد است، به این معنی که ظرفیت kVA مورد نیاز برای سرویس دهی 2.5 برابر کیلووات مصرف واقعی واحد است. اگر خازن در جایی روی مدار نصب نشده باشد تا این مشکل ضریب توان را برطرف کرده و اصلاح کند، این جریان را در مدار خانه، خط توزیع ثانویه، ترانسفورماتور خط و غیره در مدار توزیع بالا می برد. از آنجایی که هادی ها، ترانسفورماتورها و ژنراتورهای برق در واقع بر حسب kVA نه کیلووات رتبه بندی می شوند، اگر این ضریب توان اصلاح نشود، هزینه کل سیستم الکتریکی را افزایش می دهد. و اگر تصحیح نشود، آمپراژ بالاتری که بر روی خطوط و ترانسفورماتورها اعمال می شود، تلفات مقاومتی را نیز افزایش می دهد، در نتیجه شرکت‌های برق و پرداخت‌کنندگان نرخ آنها باید هزینه بیشتری را برای جایگزینی تجهیزات شبکه‌ای که به طور غیرضروری بارگذاری می‌شوند، متحمل شوند. در صورت اصلاح ضریب توان میتوان ارتقاء مدار و ایستگاه و حتی اضافه شدن تولیدات را کاهش داد یا حتی به تعویق انداخت. همانطور که بارهای مسکونی از بارهای مقاومتی (مانند لامپ های رشته ای، محدوده های الکتریکی، خشک کن های الکتریکی و آبگرمکن های برقی) به سمت الکترونیکی تر حرکت کرده اند.
