اهمیت انرژی الکتریکی و کاربرد های آن در جوامع امروزی

مقدمه

به همان اندازه که سلولهای اندام یک موجود زنده به خون نیاز دارد اندام جوامع صنعتی نیز محتاج جریان الکتریکی می باشد. زندگی امروز دیگر بدون شبکه وسیع انرژی الکتریکی که با انشعابات زیاد مجتمعهای بزرگ و کوچک صنعتی و مسکونی را تغذیه می نمایند قابل تصور نیست. انرژی الکتریکی در مقایسه با  سایر انرژی‌ ها از محاسن ویژه ای برخوردار است. به عنوان نمونه می توان خصوصیات زیر را نام برد:

1- هیچ گونه محدودیتی از نظر مقدار در انتقال و توزیع این انرژی‌ وجود ندارد.

2- عمل انتقال این انرژی‌ برای فواصل زیاد به سهولت امکان پذیر است.

3- تلفات این انرژی‌ در طول خطوط انتقال و توزیع کم و دارای راندمان نسبتاً بالایی است.

4- کنترل و تبدیل و تغییر این انرژی‌ به سایر این انرژی‌ ها به آسانی انجام پذیر است.

به طور کلی هر سیستم انرژی‌ الکتریکی دارای سه قسمت اصلی می باشد:

1- مرکز تولید نیروگاه       2- خطوط انتقال نیرو       3- شبکه های توزیع نیرو

معمولاً نیروگاهها با توجه به جوانب ایمنی و اقتصادی و به خصوص با توجه به نوعشان (آبی، بخاری و گازی). درمسافتی دور از مصرف کنندگان ساخته می شود. وظیفه خطوط انتقال نیرو با تجهیزات مختلف مربوطه، این است که انرژی تولید شده را به شبکه های  توزیع منتقل نمایند.

عمل انتقال نیروهای برق با فشار الکتریکی کم امکان پذیر نیست بلکه جهت انتقال از فشار الکتریکی زیاد استفاده می شود، که بعداً در محل نزدیکی مصرف به فشار الکتریکی کم تبدیل شده و توزیع خواهد شد. اگرچه جهت مصرف کنندگان عمده نیز امکان تغذیه با فشار کم وجود دارد ولی در این گونه موارد بهتر است که مستقیماً انشعاب فشار قوی داد.

خلاصه اینکه در هر مجتمع بزرگ صنعتی و یا در هر شهری حداقل یک شبکه فشار قوی بایستی وجود داشته باشد تا در نقاط مختلف شبکه های فشار ضعیف را تقویت کنند و انتخاب این فشار تابع بزرگی محل و بار شبکه خواهد بود. برای این که  بتوان سیستم های مختلف انتقال و توزیع نیروی برق را به یکدیگر مرتبط نمود از فشارهای استاندارد شده زیر استفاده می شود:

v(230-400)

kv(11-20-33)

kv(63-132)

kv(230-400)

فشار ضعیف

فشار متوسط

فشار قوی

فشار خیلی قوی

 

در ایران جهت استفاده تغذیه مصرف کنندگان عموماً از جریان متناوب فشار ضعیف (v220/v380) استفاده می شود. همچنین جهت استفاد تغذیه پستهای فشار ضعیف (380) ولتی و فشار متوسط kv20 جهت تغذیه پستهای فشار متوسط از فشار قوی 63 کیلو ولت استفاده می شود.

نقش شبکه توزیع (فشار ضعیف و فشار متوسط) یک شهر را چه از نظر حجم و چه از نظر وسعت و چه از نظر ارزش و اهمیت می توان به مویرگهای بدن تشبیه نمود که به مزین و مهتدین فطینو یعنی تغذیه مصرف کنندگان را عهده دار می باشند.

حال برای درک بهتر از مطلب سیستم توزیع نیروی برق و تقسیمات آن به شرح سیستم برق می پردازیم.

تشریح سیستم برق

با وجود این که سیستم قدرت الکتریکی استاندارد وجود ندارد نموداری شامل اجزاء متعدد که معمولاً در ساختار چنین سیستمی یافت می شود در شکل (1) نشان داده شده است.

باید به اجزاء آن توجهی ویژه داشت زیرا اجزاء مزبور سیستم توزیع را خواهند ساخت. در حالی که به وضوح جهت جریان انرژی از نیروگاه به طرف مصرف کننده است برای رسیدن به مقصود اگر جهت نگرش خود را تغیر دهیم و وقایع را از پشت مصرف کننده به سمت نیروگاه ملاحظه نماییم می تواند آگاهی دهنده باشد.

انرژی‌ بوسیله مصرف کننده در ولتاژ نامی کار، بهره برداری می شود که به طور کلی (در آمریکا) در محدوده 110 تا 125 ولت و 220 تا 250 ولت می باشد. انرژی‌ از یک دستگاه اندازه گیری عبور نموده و میزان مصرف و صورت حساب مشترک مشخص می‌گردد، ولی ممکن است در بدست آوردن اطلاعات برای برنامه ریزی، طراحی و بهره برداری بعدی نیز کمک نماید. معمولاً دستگاه اندازه گیری شامل وسیله‌ای است که مصرف کننده را از شبکه ورودی جدا می کند که این به هر دلیلی که باشد ضرورت خواهد داشت.

انرژی‌ از هادی ها به دستگاه اندازه گیری در مدار فشار ضعیف جاری می شود. این هادی ها به عنوان سرویس دهنده مصرف کننده یا انشعاب مشترکین می باشند. مشترکین زیادی از شبکه فشار ضعیف انشعاب می گیرند. شبکه های فشار ضعیف به این صورت است که برق را به مشترکین تحویل می دهد و خود از ترانسفورماتورهای  توزیع تغذیه می شود. در ترانس ولتاژ انرژی تحویلی از م قدار فشار متوسط به مقادیر فشار ضعیف مصرفی که قبلاً ذکر شده کاهش پیدا می کند. ترانس ها در مقابل اضافه بارها و اتصال کوتاهها به وسیله فیوزها با رابط های حفاظتی که طرف فشار قوی قرار می گیرند حف اظت می شوند و در طرف فشار ضعیف ترانس هم کلید قدرت (دژنکتور) قرار می گیرد.

فیوزها و رابطهای حفاظتی در مواقع عیب داخلی خود ترانس نیز عمل می‌کند. کلیدهای قدرت طرف فشار ضعیف یا ثانویه ترانس فقط در مواقع اتصالی یا اضافه بار ایجاد شده در طرف فشار ضعیف و انشعابات مصرف کننده عمل می کند. همچنین در خطوط هوایی ترانس توسط برق گیر در مقابل رعد و برق یا ولتاژهای موجی خط محافظت می شود و قبل از صدمه زدن به ترانس به زمین تخلیه می شود. ترانسی که به مدار فشار متوسط وصل می شود ممکن است دارای انشعابات فرعی باشد که به یک فاز از سه فاز معمولی اصلی متصل شود. این انشعاب معمولاً از طریق فیوز خط یا فیوز جدا کننده صورت می گیرد و در موقع وقوع اتصالی یا اضافه بار در مدار فرعی آن را از مدار داخلی جدا می نماید.

مدارات سه فاز اصلی ممکن است دارای انشعاب هایی متعدد سه فاز باشد که گاهی از طریق کلیدها و گاهی اوقات از طریق فیوزهای جدا کننده یا فیوزهای خط دیگر به یکدیگر متصل شوند. در بعضی موارد تعدادی از انشعابات فرعی سه فاز می توان از طریق کلیدهای مجدد نیز به مدار اصلی سه فازه متصل شوند، به هنگام وقوع اتصالی در انشعابات فرعی، کلیدهای وصل مجدد عمل می کنند و انشعابات فرعی را از اصلی جدا می نمایند با اینکه فیوزها یا جدا کننده های خط هم این کار را انجام می‌دهند، ولی قبل از این که انشعابات فرعی به طور دائمی باز بماند، کلید وصل مجدد می‌تواند دوباره انشعاب فرعی را به اصلی وصل کرده و با تاخیر زمانی از پیش تنظیم شده، آن را چند مرتبه برقرار کند.