برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

تلفات در سیستم قدرت و راهكارهای كاهش آن
تلفات در سیستم قدرت و راهكارهای كاهش آن
یکی از پارامترهای مهم در یک سیستم قدرت تلفات سیستم است که میزان بهینه بودن و راندمان و هزینه های طولانی مدت بهره برداری از سیستم را تعیین می نماید.اما در تعریف تلفات از دیدگاههای مختلف جملات مختلفی به کار برده شده است:یک دیدگاه در ارائه این تعریف دیدگاه شرکتهای برق میباشد که در بیان این گروه تلفات به تفاضل انرژی ورودی به انرژی مصرفی اطلاق می شود.در هر دو تعریف فوق تلفات شامل تلفات فنی و غیر فنی میباشد که تلفات فنی مربوط به ساختار ذاتی و نوع طراحی و اجرای سیستم قدرت میباشد و تلفات غیر فنی شامل تلفاتی است که در تجهیزات اندازه گیری و حفاظتی یک سیستم قدرت ایجاد می شود.

تلفات در سیستم قدرت و راهكارهای كاهش آن

یكی از پارامترهای مهم در یك سیستم قدرت تلفات سیستم است كه میزان بهینه بودن و راندمان و هزینه های طولانی مدت بهره برداری از سیستم را تعیین می نماید.اما در تعریف تلفات از دیدگاههای مختلف جملات مختلفی به كار برده شده است:

یك دیدگاه در ارائه این تعریف دیدگاه شركتهای برق میباشد كه در بیان این گروه تلفات به تفاضل انرژی ورودی به انرژی مصرفی اطلاق می شود.در هر دو تعریف فوق تلفات شامل تلفات فنی و غیر فنی میباشد كه تلفات فنی مربوط به ساختار ذاتی و نوع طراحی و اجرای سیستم قدرت میباشد و تلفات غیر فنی شامل تلفاتی است كه در تجهیزات اندازه گیری و حفاظتی یك سیستم قدرت ایجاد می شود.

در یك دیدگاه عمومی تر تلفات عبارتست از آن بخش از توان الكتریكی كه به كار مفید تبدیل نشود.

اما از دیدگاه ملی تلفات انرژی الكتریكی شامل تمامی اتلافهای انرژی الكتریكی در تمامی مراحل سیستم قدرت شامل بخشهای تولید، انتقال و توزیع میباشد و در این تعریف نه تنها تلفات فنی و غیر فنی بلكه تمامی الگوههای غلط مصرفی از سوی مصرف كنندگان نیز شامل تلفات انرژی الكتریكی محسوب می شود.

تلفات در یك سیستم قدرت از مجموع تلفات در هر سه قسمت تولید،انتقال و توزیع انرژی الكتریكی حاصل می شود اما معمولا شركتهای برق تلفات در بخش تولید را برای طراحیها و بهینه سازی سیستم در نظر نمی گیرند به همین دلیل در این گزیده هم برای بخش تولید به مختصر اشاره ای اكتفا می شود.

در نیروگاهها تلفات بر اساس ساختار و نوع  نیروگاه  دسته بندی می شوند.در نیروگاه های فسیلی كه بخش عمده و اصلی تلفات را در نیروگاههای ما تشكیل میدهند بیشترین بخش تلفات مربوط به نیروگاههای گازی است كه علاوه بر اینكه در این نیروگاهها  چیزی حدود 80% انرژی ورودی به صورت تلفات گرمایی در فضای نیروگاه منتشر می شود. علاوه برآن ساختار این نیروگاهها به گونه ایست كه فقط برای مدتی كوتاه و موقت و جهت تامین بار در ساعات پیك مصرف در مدار قرار میگیرند و در صورت كاربرد آن در مدت زمان طولانی هزینه های مربوط به آسیب تجهیزات نیز به تلفات نیروگاه اضافه می شود.البته این مشكلات در نیروگاههای بخار و به خصوص سیكل تركیبی تا حدودی بهبود پیدا نموده است كه همین امر باعث گرایش بیشتر سیاستگذاران صنعت برق كشور به احداث نیروگاههای سیكل تركیبی شده است.

در بخش انتقال یك سیستم قدرت عمده ترین تلفات شامل موارد زیر میباشند:

1- تلفات اهمی خطوط انتقال و فوق توزیع

2- تلفات ناشی از پدیده كرونا در خطوط و پستها

3- تلفات ناشی از نشتی جریان

4- تلفات مربوط به ترانسفورمرهای قدرت در پستها

5- تلفات ناشی از فرسودگی تجهیزات خطوط و پستها

6- تلفات ناشی از پخش بار نامناسب

7- تلفات ناشی از عبور توان راكتیو از خط انتقال

8- تلفات مربوط به تجهیزات پستها به خصوص راكتورها و تا حدودی كاپاسیتورها

در حوزه توزیع سیتم قدرت نیز عمده ترین تلفات شامل موارد زیر می باشند:

1- تلفات ناشی از ترانسفورمرهای توزیع

2- تلفات ناشی از نامتعادلی بار

3- تلفات مربوط به شبكه های توزیع آلوده به هارمونیكهای جریان

4- تلفات اهمی خط

5- تلفات ناشی از اتصال زمین نامناسب

6- تلفات ناشی از پایین بودن ضریب قدرت شبكه

در اینجا در ابتدا به بررسی مهمترین عوامل تلفات در حوزه انتقال انرژی الكتریكی می پردازیم:

در خطوط انتقال بیشترین قسمت از تلفات الكتریكی ، مربوط به تلفات اهمی خط است.هرچند در طراحی سیستم انتقال قدرت با ایده افزایش سطح ولتاژ انتقال،میزان تلف توان اهمی خط را به میزان قابل توجهی كاهش میدهند ولی ملاحظات اقتصادی و همچنین افزایش تلفات در ابعاد دیگر باعث محدودیت افزایش سطح ولتاژ از یك میزان معین میشود.یك راهكار دیگر جهت كاهش تلفات اهمی خط افزایش مقطع هادی است كه این امر نیز دارای محدودیت های اقتصادی و طراحی است.

تلفات ناشی از پدیده كرونا نیز بخش از تلفات را در یك سیستم قدرت را شامل می شود كه عمدتا در شبكه های انتقال با سطح ولتاژ بیش از 230 كیلو ولت بسته به میزان رطوبت هوا و اوضاع جوی میزان آن قابل چشم پوشی نخواهد بود راهكار كاهش تلفات كرونا باندل نمودن خط است كه علیرغم اینكه بار هزینه ای در اجرا دارد باعث كاهش شدید كرونا و همچنین افزایش ظرفیت و پایداری خط به دلیل كاهش راكتانس خط و افزایش سوسپیتانس خط می شود. میزان تلفات مجاز كرونا در یك خط 230 كیلو ولت و در هوای خوب 6/. كیلو وات به ازای هر كیلومتر و در یك خط 400 كیلو ولت 1 كیلو وات به ازای هر كیلومتر است كه البته در هوای برفی و یخبندان این میزان ممكن است تا 10 برابر میزان ذكر شده افزایش یابد.

پدیده موسوم به نشتی جریان كه عمدتا شامل جریانهای خزشی سطح مقره ها و تلفات عایقی یا دی الكتریكی ایزولاتورها می باشند بخش دیگری از تلفات شبكه انتقال را رقم میزنند.مهمترین عامل در بروز این پدیده نشست املاح آلوده و نمكی بر سطح مقره ها میباشد كه با توجه به میزان رطوبت هوا این باعث افزایش رسانش مقره می شود كه ممكن است علاوه بر نشت جریان موجب ایجاد قوس در سطح زنجیره مقره و در نتیجه تركیدگی(پنچری) مقره و در نهایت اتصال كوتاه  و trip خط شود.این موضوع به خصوص در مناطق نوار جنوبی كشور به خاطر وجود املاح زیاد در هوا و همچنین شرجی بودن منطقه مشكلات بیشتری را به همراه دارد البته مناطق شمالی نیز دارای هوای شرجی هستند اما به خاط تمیز بودن هوا از املاح صنعتی و نمكی و به خاطر حرارت موجود در زنجیر مقره مشكل چندانی ایجاد نمی شود.راهكاری كه برای حذف و یا كاهش تلفات به شكل مذكور اندیشیده می شود اغلب مربوط به هنگام طراحی مقره است كه با زیاد نمودن طول مسیر جریان و طراحی فیزیكی مقره به صورت شیارهای عمیق بین دو برجستگی چتر مانند، این مشكل به خاطر عدم نفوذ آسان رطوبت و آب با شیارهای درونی تا حدودی بهبود میابد اما این شیارها در مناطق آلوده استعداد پذیرش آلودگی بیشتری را داراست.یك راه دیگر برای حل این موضوع شستشوی دوره ای مقره ها در دوره های تعمیر و نگهداری زمان بهره برداری از سیستم است كه یا با اعمال خاموشی در سیستم و توسط نیروی انسانی صورت میگیرد یا بدون خاموشی و توسط رباتهای مخصوص این كار،انجام می پذیرد.

میزان اتلاف توان ناشی از نشت جریان در مقره های خطوط انتقال وابسته به سطح ولتاژ انتقال،رطوبت و اوضاع جوی محیط و نوع آرایش زنجیر مقره(كششی ، آویزی، v ،دوبل یا تكی) است.

تلفات ناشی از ترانسفورمرهای قدرت در پستهای انتقال و فوق توزیع بعد از تلفات اهمی خط بیشترین قسمت از تلفات كل سیستم قدرت را شامل می شود.این تلفات معمولا به صورت درصدی از ظرفیت نامی ترانسفورماتور بیان می شود و همانگونه كه در درس ماشینهای الكتریكی بارها به آن پرداخته اید شامل دو قسمت تلفات ثابت یا بی باری و تلفات متغیر یا بارداری می باشد.

تلفات بی باری بخشی از تلفات ذاتی و ثابت ترانسفورماتور است كه میزان آن به تكنولوژی و مواد به كار رفته در هسته آهنی ترانسفورمر است و با بهبود كیفیت ورقهای فولاد سلیكونی به كار رفته در هسته طبق یك برآورد صورت گرفته میتوان تا حدود3682/224 میلیون كیلووات ساعت انرژی در سال صرفه جویی نمود.

اما تلفات بارداری ترانسفورمر قدرت ناشی از میزان بار مصرفی ترانسفورماتور است و شامل تلفات مسی(اهمی) سیم پیچهای ترانس، تلفات فن ها،پمپ ها، تلفات ناشی از جریان فوكو در سیم پیچها و تلفات ناشی از فلوی سرگردان ایجاد شده در بخشهای فلزی مانند تانك است.تلفات ترانسفورمرهای قدرت معمولا در حدود 5/2% ظرفیت نامی ترانس بیان می شود و جز بهینه سازی در طراحی و ساخت ترانس راهی دیگر جهت كاهش این تلفات به كار نمیرود و آن را جزئی بدیهی و لاینفك در نظر میگیرند البته ایجاد نقص در سیستم تهویه ترانسفورمر می تواندافزایش تلفات ترانس را از این میزان قابل قبول به همراه داشته باشد كه جهت این امر باید صحت ادوات مختلف تهویه ای ترانس را به صورت دوره ای بررسی نمود.

فرسودگی تجهیزات یكی از عوامل مهم تلفات در كشور ما میباشد. معمولا گذشت زمان خاصیت رسانایی هادی های مسی را كاهش داده و منجر به افزایش مقاومت وصل كلیدهای قدرت((breaker می گردد. تلفات آهنی هسته ترانسفورماتورها،  ctها و  cvtها با افزایش عمر روندی صعودی در پیش میگیرند و همچنین تلفات عایقی تمامی تجهیزات به دلیل ضعف عایقی ناشی از طول عمر، بشدت بالا می رود. برای كاهش تلفات به این شكل انجام خدمات مربوط به تعمیر و نگهداری تجهیزات و تستهای دوره ای منظم pm جهت كنترل فرسودگی قطعات عمدتا گران قیمتی كه در صنعت برق به كار میروند بسیار ضروری و الزام آور می باشد

تجهیزات به كار رفته در پستهای فشار قوی نیز بخشی از تلفات لاینفك یك سیستم قدرت را شامل می شوند كه عمده ترین این تجهیزات راكتورها هستند كه چیزی در حدود 20 تا 30 درصد توان نامی خود را به شكل گرما هدر میدهند هرچند تعداد راكتورهایی كه در شبكه انتقال به كار میرود در مقایسه با ترانسفورماتورها بسیار كمتر و قابل چشم پوشی است ولی میزان اتلاف توان نیز در آنها مقدار كمی نیست.بخش دیگر تلفات در تجهیزات پستها مربوط به كاپاسیتورها و سایر ادوات مانند ct ها و cvt ها است كه میزان آن قابل چشم پوشی است.

از بخش انتقال در یك سیستم قدرت بگذریم وارد بخش توزیع خواهیم شد.جالب اینجاست كه در بخش توزیع علیرغم كاهش تجهیزات و ادوات به كار رفته در مقایسه با بخش انتقال و با در نظر گرفتن نسبتهای مساوی از نظر طول مسیر و ... تلفات در بخش توزیع به مراتب بیشتر از تلفات در بخش انتقال است كه دلیل این امر تعدد ترانسفورمرها در شبكه های توزیع است.

در بخش توزیع انرژی الكتریكی عمده ترین هدر دهنده انرژی ترانسفورماتورهای توزیع هستند كه معمولا تلفات توان در شرایط استاندارد 5/2% ظرفیت اسمی ترانسفورماتور است.

نامتعادلی بار با افزایش تلفات اهمی در فازها و افزایش تلفات اهمی در نول نیز باعث افزایش تلفات اهمی می شود كه تنها راهكار این مقوله دقت در انشعاب گیری از فازها جهت مصرف كنندگان با توجه به میزان مصرف عمومی آنهاست.

 سیستم زمین نامناسب و یا فرسوده  نیز یك دلیل دیگر افزایش تلفات در سیستم توزیع است،وجود این مشكل باعث می شود مقاومت الكتریكی زیاد گشته و این مساله در سیستم های نامتعادل منجر به عدم تعادل ولتاژ و تلفات انرژی ناشی از آن شود. تلفات ذاتی ترانسفورماتورها ، تجهیزات اندازه گیری و ...
همانطور كه می دانیم ، سیستم توزیع بعنوان جبهه سیستم قدرت بطور جدی از بارهای خود تاثیر می پذیرد .
بسیاری از بارهای جدید سیستم قدرت دارای ماهیت غیر خطی می باشند . این بارها كه بدلیل پیشرفت صنعتی و مزایای خود هر روزه در حال افزایش می باشند ، عمدتا از تجهیزات الكترونیك قدرت استفاده می كنند كه جریان غیر سینوسی از شبكه اخذ می نمایند . موارد عمده این تجهیزات عبارتند از لامپهای كم مصرف ، UPS ها ، كامپیوتر ها ، ASDها ، درایوها ، تجهیزات سوئیچینگ و...
از طرف دیگر بارهای الكتریكی دارای هسته آهن اشباع پذیر ، نظیر ترانسفورماتورها و موتورهای الكتریكی ، در صورت اضافه بار شدن ، با ورود به ناحیه غیر خطی منحنی مغناطیسی خود جریان مغناطیس كنندگی غیر خطی از شبكه اخذ می كنند كه ایجاد هارمونیك ( بویژه هارمونیك های مضارب 3 ) از مضرات آن است. وجود جریانهای آلوده به این هارمونیكها علاوه بر اینكه باعث اختلال در ابزار مهندسی پزشكی و صدمه به خازنهای اصلاح ضریب توان در كارخانجات صنعتی و...میشود بدلیل وجود مولفه هایی مزاحم از جریان باعث افزایش تلفات اهمی نیز میشود تاجاییكه گاهی ممكن است دامنه مولفه سوم جریان تا حدود بیش از 20% دامنه اصلی جریان برسد.تنها راه حذف این مولفه های مزاحم اجبار نمودن تولیدكنندگان این هارمونیكها به حذف هارمونیكهای تولیدی خود با استفاده از فیلترهای مخصوص (عمدتا پایین گذر) در مصرف كنندگان بزرگ و كارخانجات صنعتی است كه البته علیرغم قیمت بالای این فیلترها خود اینگونه مصرف كنندگان جهت كاهش هزینه برق مصرفی خود به كاربرد این فیلترها تمایل دارند.

پایین بودن ضریب قدرت بدلیل همراه ساختن و افزایش مولفه سلفی جریان در خط كه عملا فقط یك افزایش دامنه بیهوده جریان است وعلاوه بر كاهش دامنه ولتاژ مصرف كنندگان  كار مفیدی را نیز صورت نمیدهد یك دلیل دیگر تلفات در شبكه توزیع است كه چاره همیشگی آن كاربرد خازنهای اصلاح ضریب توان بوده و هست.البته خود این خازنها چیزی در حدود 0.1% تا 0.2% توان نامی خود را به خاطر نشت دی الكتریكی مصرف می كنند و معمولا هزینه استفاده از این خازنها را نیز به عنوان تلفات راكتیو خط در نظر می گیرند.

عوامل خارجی موثر بر میزان تلفات الكتریكی در یك سیستم قدرت:

1- درجه حرارت محیط: افزایش دما معمولا ذاتا باعث افزایش میزان جریان درخواستی از منبع میشود

2-توان دریافتی از تابش خورشید: توان دریافتی از خورشید باعث گرمتر شدن قطعات و قسمتهای فلزی تجهیزات میگردد كه نتیجه آن افزایش جریان ورودی به تجهیزات و فزونی یافتن تلفات در سیستم است تا جاییكه مجموعه عوامل ناشی از درجه حرارت و تابش خورشید و اضافه بار (در محدوده مجاز) میتواند بسته به شرایط تا 6/1 برابر، جریان ورودی را افزایش دهد.

3-فركانس: افزایش فركانس به دلیل اثر پوستی افزایش مقاومت الكتریكی تجهیزات را رقم میزند كه در نتیجه باعث افزایش توان هدر رفته می شود.

4-تغییرات ضریب قدرت: ضریب قدرت سلفی پایین علاوه بر افت ولتاژ با همراه ساختن مولفه راكتیو جریان افزایش تلفات را در پی دارد از سوی دیگر ضریب قدرت خازنی نیز خود افزایش ولتاژ و آسیب به تجهیزات و افزایش جریان و تلفات را در پی دارد كه در نتیجه باید همواره ضریب قدرت در محدوده سلفی و  كمی كمتر از یك نگاه داشت.

5-دامنه ولتاژ: افزایش دامنه ولتاژ انتقال در یك سیستم قدرت افزایش تلفات كرونا و تلفات ناشی از نشتی جریان را به دنبال دارد.

6-میزان رطوبت: افزایش رطوبت هوا افزایش شدید تلفات كرونا را باعث می شود تا جاییكه در هوای برفی و یخبندان تلفات كرونا تا 10 برابر هوای مناسب و معمولی افزایش میابد علاوه بر آن رطوبت در صورت همراه بودن هوا با املاح صنعتی و نمكی باعث افزایش نشتی جریان نیز می شود.

7-میزان آلودگی هوا: وجود آلودگی در هوا باعث افزایش نشتی جریان از سطح مقره ها می گردد.

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :