تحقیق بررسی کاربرد انرژی برق در 58 صفحه ورد قابل ویرایش

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.

این عمل به این خاطر انجام می شود که ممکن است یک اتصال صرفاً طبیعی گذرا داشته باشد مانند افتادن یک شاخه درخت روی خط. پست توزیع از طریق شینه ایستگاهی، شبکه سه فاز را تغذیه می نماید. زمانی شبکه سه فاز به عنوان یک مدار یا فیدر نامیده می شود که از طریق یک کلید قدرت تحت حفاظت و گاهی اوقات از طریق یک تنظیم کننده ولتاژ به شینه متصل می گردد. معمولاً تنظیم کننده ولتاژ شکل تغییر یافته یک ترانس است که کمک می کند تا ولتاژ خروجی در تغذیه کننده ولتاژ در بعضی موارد به جای این که ولتاژ یک تغذیه کننده قار می گیرد تا ولتاژ آن تغذیه کننده جزء را تنظیم نماید.
عوامل موثر در اتصالی کابلها

معمولاً کابلها به علت اینکه در خاک دفن می شوند امکان معیوب شدن آنها نیز هست. عواملی از ق بیل پوسیدگی کابل، کلنگ خوردگی، نفوذ آب در کابل، ضربه‌های مکانیکی وارد به کابل، کشیدن جریان بالا از کابل، رعایت نکردن اصول دفن کردن کابل در خاک، خمش بیش از حد کابل، کابل کشی و جریان ندادن در کابل طی مدت طولانی و… که باعث به وجود آمدن اتصالی در کابل می شود و کابل دچار عیب می شود.
عیب‌یابی و اکیب عیب یاب

بنا به دلایل بالا در اداره برق برای پیداکردن عیب کابل واحدی به نام اکیپ عیب‌یابی کابل وجود دارد که در گروههای فشار ضعیف (380 ولت)، فشار متوسط (20 کیلوولت)، فشار قوی (63 کیلوولت) تقسیم می شوند. در عیب‌یابی فشار ضعیف معمولاً کابل های حامل ولتاژ 10-5 کیلو ولت عیب‌یابی می شود قسمت عیب‌یابی زیر نظر دیسپاچینگ هر منطقه قرار دارد و کار عیب‌یابی تشخیص عیب کابل دفن شده در زمین و اطلاع آن به دیسپاچینگ برای رفع عیب توسط اکیپ مفصل بند می باشد.

در کل استان تهران به شش قسمت شمال شرق، شمال غرب، جنوب شرق، جنوب غرب، مرکز تقسیم شده است که هر کدام اکیپ خاصی از عیب‌یابی در منطقه دارد که مکان مورد نظری را که اینجانب در آن واحد کارآموزی خود را گذراندم اکیپ عیب‌یابی کابلای 20 کیلوولت شرکت توزیع برق منطقه ای شمال شرق می باشد. که مناطق پاسداران، شمیرانات، نارمک، تهرانپارس، لواسانات، رودهن، بومهن، جاجرود و… زیر پوشش واحد و اکیپ عیب‌یابی شمال شرقی تهران می باشد برای توضیح کار عیب‌یابی این نکته را باید در نظر گرفت که اگر کابلی دچار عیب و یا اتصالی شود در پست مربوط به همان کار رله های حفاظتی مانند سکسیونر و دیژنگتورها عمل کرده و بار موجود روی کابل را قطع می کنند.

با قطع شدن کلیدهای حفاظتی اکیپ حوادث اطلاعات مورد نظر را به دیسپاچینگ منطقه مربوطه ارائه می کند یعنی منحل قطع شدگی و یا اینکه اتصالی در کدام کابل می‌باشد اطلاع می دهد قسمت دیسپاچینگ وجود عیب را به اکیپ عیب‌یاب اطلاع داده سپس اکیپ به محل مورد نظر اعزام می شوند.

قبل از انجام هرگونه عملیات باید اکیپ حوادث نیز در محل حاضر باشند تا اجازه کار را به اکیپ عیب یاب بدهند. نقش اکیپ حوادث در خطوط 20 کیلوولت بسیار اهمیت داد این اکیپ با هماهنگی بین اکیپهای دیگر مخصوصاً اکیپهای مفصل بند و هوایی عهده دار قطع و وصل برق را از پستها دارند زیرا در صورت اشتباه از این اکیپ مسائل غیر قابل جبرانی به وجود می آید به همین دلیل تمام اکیپ ها باید قبل از انجام عملیات از اکیپ حوادث اجازه کار بگیرند تا حادثه‌ای پیش نیاید.

پس از اجازه کار به اکیپ عیب‌یابی این اکیپ خود را شرع کرده و محل اتصالی را پیدا نموده و به دیسپاچینگ منطقه ای اطلاع داده و دیسپاچینگ منطقه‌ای نیز گروه مفصل بند را خبر کرده تا محل را حفاری و عیب کابل را برطرف کرده و با قراردادن مفصل عیب مورد نظر را از بین ببرید.
وظیفه اکیپ عیب‌یاب

1- پیدا کردن حل اتصالی در کابلها

2- مسیریابی

3- تست ترانس

4- تعیین کابل

که نحوه اجرای این وظایف در قسمتهای بعد توضیح داده خواهد شد. برای پیدا کردن اتصالی روی کابل باید مراحل و عملیاتهای مختلفی را روی آن انجام داد که این عملیات توسط دستگاههایی انجام می شود.
دستگاه های مورد استفاده در عیب‌یابی کابلهای 20 کیلوولت

از جمله دستگاههای که در بخش عیب‌یابی کابلهای 20 کیلوولت استفاده می شود دستگاههای زیر است که تمام این دستگاههای در اتومبیل مخصوصی نصب می‌شود.

1- دستگاه تستر

2- دستگاه کابل سوز

3- دستگاه رفلکتور

4- دستگاه تخلیه

5- دستگاه فرکانس صوتی

که در زیر به عملکرد تک تک این دستگاهها می‌پردازیم.
دستگاه تستر و عملکرد آن

اولین دستگاهی که در پیدا کردن اتصال کابل مورد استفاده قرار می گیرد دستگاه تستر است وظیفه اصلی این دستگاه پیدا کردن فازهای معیوب در کابل می باشد همانطور که می دانید یک کابل 20 کیلوولت معمولاً از سه رشته تشکیل شده است. R,S,T با این دستگاه می توان پی به معیوب بودن هر کدام از فازها برد.

همچنین از این دستگاه در پست ترانس نیز استفاده می شود. عملکرد این دستگاه در تشخیص فاز معیوب به این صورت است که این دستگاه پس از متصل شدن کابلهای رابط از داخل اتومبیل عیب‌یابی به فازها، به ترتیب به هر فاز جداگانه از طریق این دستگاه می توان ولتاژی را اعمال کرد. همانطور که در شکل مشخص است آ‌خرین رنج این دستگاه 80 کیلوولت است که البطه ولتمتر دستگاه برای رنج 80 کیلوولت و نیز 40 کیلوولت درجه بندی شده است همانطور که در شکل پیداست دکمه هایی روی دستگاه وجود دارد که رنج های مختلف ولتاژی و آمپراژی را تعیین می کنند.

همچنین یک ولم برای بالا بردن تدریجی ولتاژ دستگاه نیز دیده می شود. پس از اعمال ولتاژ روی کابل و بالا بردن ولتاژ به صورت تدریجی اگر مشاهده شود که آمپر متر جریانی را نشان می دهد مشخص می شود که کابل در حال کشیدن جریان است پس فاز مربوطه معیوب شناخته می شود. معمولاً جریان 6/0 میلی آمپر جریان مجاز شناخته می شود و بیشترین آن جریان غیر عادی تلقی می شود.

عملکرد این دستگاه در تست ترانس بدین صورت است که:

کابل رابط را از داخل اتومبیل عیب‌یابی به یکی از بوشینگهای فشار قوی وصل کرده و به همان منوال که ذکر گردید ولتاژ به ترانس القا می شود. هرگاه آمپر متر آمپراژی را غیر از آمپر مجاز نشان داد ترانس معیوب تشخیص داده می شود.

پنچر کردن کابل

در مواقعی که بخواهند کابلی را تعویض و یا تغییر مسیر دهند و یا روی کابل مانور عملیاتی انجام دهند و احتیاج به قطع کابل داشته باشند (قابل توجه است که کابل دچار اتصالی نمی باشد) پس از تعیین کابل توسط اکیپ عیب‌یابی برای اینکه در تشخیص صحیح کابل اطمینان کافی به اکیپ مفصل بند داده شود تا احیاناً برای کارگری که می خواهد کلنگ بزند و قطع کند مشکلی پیش نیاید اکیپ عیب‌یاب موظف است عملیات «پنچر کردن کابل» را انجام دهد.

به این ترتیب که این کار را با «تفنگ تپانچه‌ای شکل» به انجام می رسانند که همانطور که در شکل مربوطه می بینید دارای دو فک است که در دو طرف کابل قرار می‌گیرد و یک تیغه متحرک میان فک بالائی آن است که یک شیء تپانچه ای شکل که در انتهای این تیغه متحرک بصورت ثابت روی تیغه بالائی قرار دارد وجود دارد و عملکرد آن به این صورت است که یک گلوله در قسمت تپانچه ای قرار داده و با کشیدن ماشه از دور توسط یک سیم بلند عمل شلیک انجام می شود در نتیجه انفجار گلوله باعث پرتاب شدن تیغه فلزی و رد شدن آن از کابل و سوراخ کردن کابل می‌شود که در کل به این عملیات «عملیات پنچر کردن کابل» می گویند (شکل زیر نمائی از تفنگ تپانچه ای است)
ورودی و خروجی کابل در پستهای (ولت 380/20 کیلوولت)

همانطور که در فشار ضعیف برای مشخص شدن سیم فاز از نل از فازمتر استفاده می‌شود در پستهای 20 کیلوولت برای آزمایش برقدار بودن یا نبودن شینه ها و سرکابلها از وسیله ای به نام «اپنومتر» استفاده می کنند برای کار با این وسیله کافیست شینه یا سرکابل هر فاز را بین دو شاخک بالای آن قرار دادیم در زیر گلوئی این وسیله (همانطور که در شکل نشان داده شده)چراغی وجود دارد که درصورت برقدار بودن شینه یا سر کابل روشن خواهد شد.

در پستهای زمینی سه فاز، خط 20 کیلوولت به داخل سلولهائی که دارای سه شینه اصلی هستند متصل می شوند یک سلول مختص به خود پست است که در آن شینه‌ها به یک بریکر (کلید فشار قوی) وصل می شوند و از خروجی بریکر به طرف اولیه ترانس داخل پست می روند و طرف ثانویه ترانس که هاوی ولتاژ 380 ولت است به داخل تابلوهای فشار ضعیف می رود در اولین قسمت تابلوی فشار ضعیف سه فاز به یک بریکر فشار ضعیف متصل شده و از طرف دیگر آن خارج و به سه شینه که بصورت موازی با یکدیگر قرار دارند متصل می شود که از این سه شینه و یک شینه دیگر که هاوی نل سیستم می باشد فیدرها و خروجی ها برای مصرف کننده ها گرفته می‌شود که البته روی هر فیدر سه فیوز برای سه فاز نصب شده است که در شکل نشان داده شده است.

در بخش سلولهای مختص به 20 کیلوولت (همانطور که در شکل پیداست) دو سلول دیگر موجود است و همانطور که گفته شد سه شینه که هر کدام حامل یک فاز 20 کیلوولت است قراردارد که این شینه ها در هر سلول به دو سکسیونر متصل شده‌اند که یک سکسیونر آن سکسیونر اصلی می باشد که سرکابلها را به شینه ها مرتبط می‌سازد و دیگر سکسیونر زمین می باشد که برای حفاظت بیشتر از آن استفاده می‌کنند البته در سیستمهای قدیمی مربوط به ساخت سلولها سه سکسیونر بکار می‌برند یعنی یک سکسیونر قبل از سکسیونر اصلی قرار داده که ابتدائاً برق توسط این سکسیونر قطع می شد که در اصطلاح به این سلولها (سلولهای BBC) گفته می شود.

همانطور که در شکل ملاحظه می کنید عمل سکسیونر زمین در اصطلاح زمین کردن سرکابلها می باشد با چرخاندن اهرم این سکسیونر سه فاز در کابل با زمین در تماس قرار می گیرند این عمل به این دلیل انجام می شود که اگر احتمالاً کابل دارای برق باشد و یا پس از قطع برق حالت خازنی پیدا کرده و در خود مقداری جریان نگه داشته باشد با اتصال فازها به زمین جریان مورد نظر تخلیه شود اگر این کار انجام نشود ممکن است در هنگام برخورد دست یا بدن کارگر با کابل عمل تخلیه بار کابل از بدن کارگر انجام شود و ایجاد حادثه کند که این وظیفه به عهده اکیپ حوادث می‌باشد در مورد سرکابلها لازم به ذکر است که برای کابلهای خشک بهتر است از «سرکابل حرارتی» و برای کابلهای روغنی از «سرکابل چدنی» استفاده شود.

پستهای ولت 380/20 کیلوولت معمولاً رینگ هستند یعنی در صورت ایجاد فالت روی یک کابل این پست از طریق کابل دیگر تغذیه می شود یعنی دو کابل ورودی و یک کابل خروجی است هرگاه این پست فقط از یک نقطه تغذیه کند یعنی یک ورودی و یک خروجی داشته باشد در هنگام ایجاد فالت، این پست دچار خاموشی می‌شود و در اصطلاح این پست را «پست خاموش» می نامند.

*مقاله درباره انرژی*

انرژی را می توان به عنوان توانایی انجام دادن کار تعریف کرد. ماده و انرژی، اساس هر چیزی را در زندگی تشکیل می دهند. ماده در قیاس با انرژی، حضور عینی تر و ملموس تری دارد. انرژی از طریق حرارت دادن، حرکت دادن، و یا برقدار کردن، اثر می کند.

انرژی همواره با تغییر همراه است. هنگامی که انرژی از شکلی به شکل دیگر تبدیل می شود، تغییرات فیزیکی، شیمیایی یا زیست شناختی رخ می دهد، مثل زمانی که انرژی شیمیایی مواد سوختنی به انرژی گرمایی تبدیل می شود. در خلال این تغییرات، مقدار کل انرژی موجود، ثابت می ماند. انرژی را نمی توان ایجاد کرد یا از بین برد.

شکلهای انرژی

مقدار کل انرژی، به شکلهای متفاوت و با تنوعی وسیع در جهان، پراکنده شده است. مفاهیم آشنایی نظیر انرژی گرمایی، انرژی نوری، انرژی الکتریکی و انرژی صوتی از جمله شکلهای انری هستند.

پتانسیل، یک واژه عام است که به منظور توصیف هر نوع انرژی ذخیره شده به کار می رود. شلیک کردن یک منجنیق ساده می تواند فرصت مناسبی برای مطالعه انرژی پتانسیل یک نوار کشسان کشیده شده باشد. انرژی پتانسیل یک بمب اتمی قادر است در سطح وسیعی خرابی ایجاد کند، در حالی که یک نیروگاه هسته ای می تواند همان انرژی پتانسیل را برای استفاده بشر مهیا سازد. انرژی پتانسیل را می توان در انرژی پتانسیل شیمیایی باتری یک ماشین حسابگر یا در انرژی پتانسیل گرانشی آب جمع شده در پشت یک سد نیروی هیدرو الکتریک پیدا کرد.

انرژی جنبشی عبارت است از آن انرژی است که یک شیء، به دلیل آنکه در حال حرکت است، داراست. اشیای متحرک، از الکترون نامرئی که حول هسته اتم در گردش است گرفته تا یک ستاره بزرگ در مسیر خویش در پهنه گیتی، همگی به نسبت جرم و سرعتشان دارای انرژی جنبشی هستند.

تمام شکلهای انرژی را می توان تقریبا به دو نوع تقسیم کرد : انرژی درجه بالا و انرژی درجه پایین. انرژی الکتریکی به لحاظ آنکه می تواند به راحتی به شکلهای مفید دیگری تبدیل یابد، از نوع انرژی درجه بالا محسوب می شود. تبدیل گرما در دمای پایین به هر نوع دیگری از انرژی، به دشواری انجام می گیرد. به همین دلیل، انرژی گرمایی را معمولا از نوع درجه پایین توصیف می کنند.

قسمت اعظم انرژی ما به نحوی از خورشید تأمین می شود. انرژی خورشید، این امکان را به گیاهان می دهد تا غذای مورد نیاز انسان و حیوانات را تولید کنند. انرژی خورشید در زغال سنگ، چوب و نفت ذخیره شده است. انسان این مواد را می سوزاند تا انرژی حاصل از آنها برایش کار انجام دهد. رشد و تکامل انسان، رابطه نزدیکی با کشف منابع جدید انرژی از سوی وی دارد.