امروزه انرژی الکتریکی به عنوان بخش جدا نشدنی از زندگی بشری، مهمترین نقش را در چرخۀ صنعت جهانی بر عهده دارد. در واقع می توان گفت، امروزه صنعت برق به عنوان یکی از شاخص های مهم توسعۀ اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی به شمار می آید. از مزایای انرژی الکتریکی نسبت به سایر انرژی ها می توان به انتقال نسبتاً آسان، سهولت تبدیل به سایر فرم های انرژی، طیف وسیع کاربرد و آلودگی کمتر آن در محیط زیست اشاره کرد. از معایب انرژی الکتریکی نیز می توان به عدم قابلیت ذخیره سازی آن به صورت عملی و کاربردی در حد گسترده اشاره کرد. شبکۀ انرژی الکتریکی جهت انتقال الکتریسیته از نیروگاه ها به محل مصرف، به سه بخش اصلی تولید، انتقال و توزیع برق تقسیم می شود. البته بخش دیگری به نام فوق توزیع نیز به این موارد اضافه می شود که به دلیل هم پوشانی سطوح ولتاژی و شباهت زیاد روش های کارکرد و حفاظت آن با بخش انتقال، می توان آن را زیر مجموعه ای از شبکه ی انتقال در نظر گرفت.
بخش تولید، طیف وسیعی از انواع نیروگاه ها با توان و راندمان متفاوت را شامل می شود. در شبکه های انتقال انرژی الکتریکی، بنابر دلایل زیادی از جمله دلایل ایمنی، اقتصادی و مهم تر از همه، دور بودن منابع تولید انرژی از مصرف کننده ها، واحدهای تولید نیروگاهی در مناطق دور از مراکز مصرف قرار دارند. ولتاژ خروجی ژنراتور نیروگاه های مختلف، متفاوت است و در بیشترین حالت خود به حدود ۲۵ کیلوولت می رسد. فرکانس این ژنراتورها نیز در همه ی کشورها، در دو مقدار ۵۰ یا ۶۰ هرتز تنظیم می شود.
سیستم های توزیع انرژی الکتریکی، از سه بخش پست توزیع، سیستم اولیۀ توزیع و سیستم ثانویۀ توزیع تشکیل شده اند. وظیفه پست توزیع، دریافت توان از سیستم انتقال و تحویل آن به سیستم توزیع است. در این پست ها از حداقل دو خط تغذیه به عنوان ورودی این پست استفاده می شود که مقدار این ولتاژ به استاندارد هر کشوری وابسته است.
پست های توزیع برق در دو نوع زمینی و هوایی مورد بهره برداری قرار می گیرند. تعیین حداکثر افت ولتاژ، انتخاب نوع هادی، تعیین سطح اتصال کوتاه خط و ظرفیت جریان دهی، از جمله معیارهای طراحی این نوع پست هاست.
پست توزیع زمینی
نوع مرسوم پست توزیع زمینی با دو سلول طراحی می شود. در سلول اول، جهت حفاظت در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار، برای جریان های تا ۳۰ آمپر از سکسیونر قابل قطع زیر بار و برای جریان های بیش از ۳۰ آمپر از دژنکتور مجهز به رله ی پریمر (بدون ترانس جریان) استفاده می شود. سلول دوم، سلول اندازه گیری نامیده می شود که در آن، ۲ یا ۳ ترانسفورماتور ولتاژ با خروجی ۱۰۰ یا ۱۱۰ ولت (ولتاژ خط) تعبیه می شود. در پست های زیر زمینی استفاده از ترانسفورماتور خشک الزامی است و استفاده از فضای فوقانی آن به منظور احداث فضای سبز و آبنما ممنوع است. پست های توزیع زمینی بر حسب کاربرد در ۶ نوع مختلف طراحی می شوند.
۱- پست عمومی برق
از پست عمومی برق می توان جهت برق رسانی به متقاضیان خانگی، تجاری و غیره، استفاده کرد. امروزه پیش بینی این پست ها برای متقاضیان دیماندی کمتر از ۲۵۰ کیلووات نیز لازم است. ابعاد این پست ها به صورت ۸*۶ متر پیشنهاد می شود.
۲- پست اختصاصی برق
جهت واگذاری انشعاب برق به متقاضیان دیماندی ولتاژ اولیه و قدرت بیشتر از ۲۵۰ کیلووات استفاده از پست اختصاصی برق می شود. در این پست، لوازم اندازه گیری شامل ترانس جریان، ولتاژ و کنتور اکتیو و راکتیو نیز نصب می شوند. این پست مانند نوع عمومی در ابعاد ۸*۶ متر پیشنهاد می شود.
۳- پست عمومی – اختصاصی برق
این پست در ابعاد پیشنهادی ۱۱*۸ متر و در دو قسمت کاملاً مجزا ساخته می شود. یک قسمت این پست جهت تأمین مصارف عمومی (مشترکان دیماندی بیشتر از ۳۰ کیلووات و کمتر از ۲۵۰ کیلووات) و قسمت دیگر جهت تأمین ولتاژ اولیه مشترکان دیماندی بیش از ۲۵۰ کیلووات طراحی می شود. این پست در واقع ترکیبی از پست عمومی و پست اختصاصی است.
۴- پست پاساژ
در صورتی که فاصلۀ محل مصرف از محل تحویل برق زیاد باشد، فقط لوازم اندازه گیری ولتاژ اولیه (۲۰ کیلوولت) در پستی به ابعاد تقریبی ۶*۴ متر تعبیه شده و ترانسفورماتور اختصاصی در محلی نزدیک به محل مصرف نصب می شود که به آن، پست پاساژ گفته می شود.
۵- پست تقسیم برق
در پست مستقیم برق، یک یا چند فیدر ۲۰ کیلوولت، به چندین انشعاب ۲۰ کیلوولت تقسیم می شود. به عنوان مثال، دو فیدر ورودی به پنج فیدر خروجی تبدیل می شود. ابعاد این پست با توجه به موقعیت و تعداد فیدرها تعیین می شود. در واقع، در تعیین ابعاد پست های زمینی در صورتی که نتوان اندازه های داده شده را لحاظ کرد، طراحی باید به صورت دو طبقه یا با رعایت حریم ها انجام شود.
۶- پست های برق پیش ساخته ای فشرده (کیوسک)
این پست ها به راحتی قابل حمل بوده و زمان بهره برداری آنها کوتاه است. همچنین سادگی و ایمنی در بهره برداری از خصوصیات دیگر این نوع پست ها محسوب می شود. سیستم زمین این نوع پست ها مانند پست های زمینی است. استفاده از این پست ها در ظرفیت های ۵۰-۲۵۰، ۳۱۵-۵۰۰ و ۶۳۰-۸۰۰ کیلوولت آمپر، به صورت حلقوی با ترانسفورماتور خشک یا هرمتیک مجاز است.
تجهیزات پست برق
از تجهیزات مورد استفاده در پست برق می توان به موارد زیر اشاره کرد.
سوئیچ
اولین وظیفه یک پست برق را می توان سوئیچینگ در نظر گرفت عمل سوئیچینگ در پست برق یعنی وصل کردن تاسیسات متعدد.
باس
اتصالات بین تاسیسات که ترتیب آنها حائز اهمیت است، توسط باس ها انجام می شود، باسبارها برای جلوگیری از جرقه ناشی از اتصالات کوتاه با جدا کننده های بزرگ محافظت می شوند.
کلیدهای جداکننده
از کلیدهای جداکننده برای مواقعی که دچار نقص فنی می شویم و لازم است قسمتی را از مدار خارج کنیم استفاده می شود کلیدزنی یک کار تخصصی و بسیار حساس است.
سوئیچگیر
این کلید از ترانس جریان، ترانس ولتاژ، باسبار و کلیدهای قطع کننده SF6 و غیره تشکیل و متصل کننده ی باسبار ها به فیدر ها و یا باسبار ها به باسبار ها می باشد.
کلید Recloser
این کلیدها در زمان هایی که خطایی موقتی مثل رعد و برق رخ دهد عمل می کنند و برای مدت کوتاهی برق را قطع می کند سپس دوباره برق را جهت چک کردن برطرف شدن خطا یا تشخیص اینکه آیا خطای صورت گرفته دائمی است یا موقتی وصل می کند. کلیدهای باز و بست با توجه به تنظیماتی که برای آنها تعریف می شود چند بار باز و بسته می شوند تا از دائمی یا موقتی بودن خطا اطمینان حاصل کنند که اگر خطا دائمی بود باید مدار را کامل قطع کنند.
ترانسفورماتورهای کاهنده و افزاینده
تراسفورماتورهای کاهنده برای پایین آوردن ولتاژ و بالا رفتن جریان و ترسفورماتورهای افزاینده برای بالا رفتن ولتاژ و پایین آمدن جریان استفاده می شوند، به این دلیل از این ترسفورماتورها استفاده می شود که در زمان انتقال انرژی الکتریکی در طول مسیر از نیروگاه های برق (جایی که انرژی تولید می شود) تا مراکز مصرف ممکن است انتقال با شدت جریان و ولتاژهای متفاوتی ارسال شود که حاصل آن نوسانات برق و افت ولتاژ است. با تبدیل هایی که توسط ترانسفورماتورهای کاهنده و افزاینده انجام می دهند، از این قبیل نوسانات در پست برق جلوگیری می شود.
انواع کلیدهای پست برق
فیوزها
برای جلوگیری از خطای اتصال کوتاه از فیوزها استفاده می شود اما فیوزها یکبار مصرف بوده و پس از قطع جریان اتصال کوتاه ذوب می شوند و خطاهای دیگری را نمی توانند تشخیص دهند.
کلیدهای اتوماتیک
کلیدهای اتوماتیک بر خلاف فیوزها یکبار مصرف نبوده یعنی می توانند جریان ها و ولتاژ های بسیار بالا را قطع کنند همچنین می توان از آنها در تشخیص خطاهای زیادی استفاده کرد.
کلیدهای اتوماتیک هوایی
این کلیدها در محفظه هوا قرار داشته و در ولتاژ پایین مورد استفاده قرار می گیرند که کارکرد آن به این صورت است که باعث می شود جریان الکتریکی توسط عایق هوا بین کنتاکت ها برقرار نشود.
دژنکتور
در ولتاژ بالا بجای کلیدهای اتوماتیک هوایی از دژنکتورها یا همان Circuit Breaker ها استفاده می شود این کلیدهای اتوماتیک در مخزن های بزرگی که مملو از روغن های نارسانا یا گاز دی الکتریک متراکم است غوطه ور شده و با استفاده از این نوع کلید اپراتورها کنترل بیشتری بر روی زمان قطع جریان و نحوه قطع شدن آن دارند.
ترانسفورماتورهای ابزاری
از ترانسفورماتورهای ابزاری برای تغذیه سیستم های نظارتی، اندازه گیری ولتاژ و یا جریان شبکه استفاده می شود که ترانس های کوچکی هستند. مانند CT که جهت اندازه گیری ترانس استفاده می شود.
رگولاتورها
از رگولاتورها برای تنظیم ولتاژ توزیع در خطوط تغذیه، که از تولید کننده به سمت مصرف کننده می روند استفاده می شود. این امر باعث جلوگیری از افت ولتاژ می شود..
بوشینگ
وقتی اتصالات تجهیزات به هم انجام می شود برای ایجاد ایمنی بین آنها همچنین ایجاد ایمنی بین خطوط انرژی و محفظه زمین شده فلزی از بوشینگ استفاده می کنیم.
فنس و دیواره های بتنی
فنس: فنس ها برای محافظت از جان افراد و تعیین مرز برای منطقه پست برق استفاده می شود.
دیواره بتنی: در بعضی از پست های برق از دیوارهای بتنی بلند جهت مهار آتش سوزی بین تجهیزات استفاده می شود.
نحوه تولید و انتقال برق
کارکرد پست برق را می توان برای سهولت در توضیح به سه بخش (به ترتیب) تولید، انتقال، توزیع تقسیم بندی کرد. در واقع پست برق تمامی اجزای این سه بخش را به یکدیگر وصل می کند.
تولید برق: تولید برق توسط نیروگاه ها انجام شده برای فرآیندها بعدی به بخش انتقال می رود.
انتقال برق: انتقال برق از نیروگاه ها به بخش های توزیع در این قسمت از پست برق انجام می شود.
توزیع برق: در این قسمت توزیع برق به صورت سراسری برای تمامی مصرف کننده ها توسط پست برق انجام می شود.
طراحی انواع پست برق
نکات حائز اهمیتی که باید در طراحی و راه اندازی اصولی پست برق که زیر شاخه شبکه الکتریکی هستند در نظر داشت را در ادامه با هم بررسی می کنیم.
در طراحی و راه اندازی پست برق باید اطلاعاتی شامل اطلاعات جوی و محیطی مانند سرعت باد، درجه حرارت، ارتفاع از سطح دریا و امکان وقوع بلاهای طبیعی مثل زلزله و غیره و همچنین اطلاعات الکتریکی مثل ولتاژ نامی، جریان نامی، اضافه ولتاژهای گذرا و موقت و غیره را داشته باشیم، کسب این اطلاعات به این منظور انجام می شود که بتوانیم پست برق مورد نظر را بنابر استانداردهای موجود طراحی و راه اندازی کنیم، استانداردها در کشورهای مختلف با توجه به شرایط و امکانات موجود در آن کشور متفاوت خواهند بود.
