بررسی راهکارهای کاهش تلفات در شبکه های تولید و توزیع و انتقال‎ برق

 مقاله 104 صفحه ای در مورد بررسی راهکارهای کاهش تلفات در شبکه های تولید و توزیع و انتقال‎ برق – از این مطلب میتوانید در پایان نامه و مقاله سمینار و  … خود استفاده بنمایید.

 

هشدار : دیده شده برخی سایتها مطالب را از اینجا کپی کرده و به صورت ناقص و غیر کامل در اختیار قرار میدهند. ما هیچ مسئولیتی در قبال آنها نداریم.

مقدمه:

در شبکه های برق رسانی مقدار درصد قابل توجهی از توان و انرژی تولیدی نیروگاهها در مسیر تولید تا مصرف به هدر می روند که مقدار این تلفات به پارامترهای متعددی از جمله، بافت شبکه، نوع تجهیزات، چگالی بار، نوع مصرف و سهم هریک در کل، شکل منحنی مصرف و شرایط آب و هوایی منطقه وابسته میباشد. تنوع و تعدد عوامل مؤثر در مقدار تلفات به گونه ای است که در دو شبکه کاملاً یکسان وبا پیک مصرف یکسان میزان تلفات متفاوت می باشد. به طور مثال پدیده کرونا در اطراف خطوط فشار قوی که جریان متناوب دارند باعث تلفات الکتریکی و در شدیدترین حالت منجر به قوس الکتریکی و تخلیه کامل می‌شود. لذا باید در این موارد بررسی هایی صورت گرفته و چاره اندیشیده گردد.

تلفات ناشی از دو عامل اصلی یعنی تلفات توان و تلفات انرژی می باشد، لذا اهمیت تلفات توان بیشتر از تلفات انرژی می باشد. چون تلفات توان تابعی است از تغییرات مصرف لذا مقدار آن در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت می باشد و به همین دلیل دربرخی ازساعات روز مقدار آن زیاد و درساعات دیگر کم می شود. در یک دوره مشخص تلفات انرژی از مجموع تلفات لحظه ای توان به دست می آید. به همین علت درصد تلفات انرژی مبین متوسط تلفات توان در دوره مورد مطالعه می باشد یا به عبارت دیگر درصد تلفات در ساعات پیک به مراتب بیشتر از درصد متوسط تلفات انرژی می باشد. به عنوان مثال متوسطسالیانه تلفات انرژی شبکه سراسری برق با احتساب مصارف داخلی نیروگاهها در حدود 20درصد کل انرژی تولیدی است به عبارت دیگر تلفات انرژی برق درسیستم انتقال و توزیع 14 تا 15 درصد است که سهم شبکه توزیع از این تلفات حدود 10درصد می باشد. همچنین بررسیهای انجام شده نشان می دهد مقدار تلفات درساعات پیک حدود 30درصد می باشدیا به عبارت روان‌تر درساعات پیک 30درصد از انرژی تولیدی توسط نیروگاهها به طریق مختلف در اجزاء شبکه به هدر می رود. نقش مؤثر تلفات در برنامه ریزی، طراحی و بهره‌برداری اقتصادی شبکه، ضرورت مطالعه گسترده در جهت شناسایی و مدل سازی و شناخت اجزاء تلفات را توجیه می کند. بدیهی است اجرای راهکارهای کاهش تلفات هم از لحاظ بهره‌برداری بهینه از انرژی الکتریکی و هم از لحاظ اقتصادی و مورد عدیده دیگر هدف ایده آل هر شبکه انتقال انرژی الکتریکی می باشد.

تلفات خطوط انتقال

چنانچه هدف شبکه برق رسانی را انتقال انرژی تولید شده در نیروگاهها به سمت مصرف کننده ها در نظر بگیریم آن بخش از انرژی تولید شده که به مصرف نرسیده است را در ردیف تلفات در نظر می گیریم. به عبارت دیگر برای روشن تر شدن مطلب، اگر مصرف بجای انرژی را کار مفید حساب کنیم می توان گفت: «آن بخش از انرژی الکتریکی که به کار مفید تبدیل نشود تلفات نام دارد».

برای روشن شدن معنی تلفات بایستی معنی کار مفید به وضوح روشن شود در واقع تعریف کار مفید تابعی است از وظیفه مؤسسه موردبحث، به عنوان مثال اگر وظیفه نیروگاهها را فروش برق با کمترین ضایعات در نظر بگیریم در واقع در این تأسیسات کار مفید همان انرژی خالص تحویلی به شرکت های برق منطقه ای می باشد. در شرکت های برق منطقه ای نیز کار مفید انرژی تحویلی آنها به شرکت های توزیع نیرو و در شرکت توزیع نیرو، انرژی تحویلی به مصرف کنندگان را می توان کار مفید دانست. با این تعریف تلفات در مفهوم کلی عبارت خواهد بود از:

انرژی فروخته شده – انرژی تحویلی = تلفات

انرژی فروخته شده – انرژی خریداری شده = تلفات

 تلفات توان

توان مورد نیاز مشترکین انرژی الکتریکی به پارامترهای گوناگونی بستگی دارد که مقدار آن در ساعات مختلف شبانه روز، هفته، ماه، فصل و سال متفاوت است. همین امر تغییرات توان تولیدی نیروگاهها را به همراه دارد. از آنجا که برنامه ریزی توسعه وتولید نیروگاهها بر مبنای نیازساعت پیک تنظیم می گردد مسلماً هرچه نیاز مصرف بالاتر باشد افزایش ظرفیت نیروگاهها می گردد. یکی از مواردی که عملاً به حساب تلفات گذاشته نمی شود دیماند مصرف مشترکین مختلف (صنعتی، عمومی، خانگی و…) می باشد به عبارت دیگر در بسیاری موارد می توان با اجرای صحیح مدیریت مصرف، توان ماکزیمم مصرف کننده را کاهش داد بدون اینکه در برنامه کاری آن تغییری ایجاد شود. برای مثال اگر نیاز یک مصرف کننده ازP1 به P2 کاهش می یابد در عمل بخشی از ظرفیت نیروگاه آزاد می شود. حال جای این سوال باقی است که قبل از اجرای این عمل ΔP=P1-P2 تلف می شده است. در اینجا به تعریف عمیق تر و جامع تر از تلفات رسیدیم حال می توان گفت؛ آنچه باعث تقلیل ظرفیت مفید نیروگاه می گردد.

تلفات انرژی

معمولا تلفات را میزان تلفات انرژی می دانند که در حقیقت از مجموع مقادیر لحظه ای تلفات توان بدست می آید یا به عبارت دیگر تلفات انرژی مقدار متوسط توان در دوره مورد مطالعه می باشد. چون دامنه تغییرات توان گسترده است در نتیجه مقدار ماکزیمم تلفات توان که عمدتا در ساعات پیک رخ می دهد به مراتب بیش از مقدار متوسط تلفات انرژی می باشد.

گرچه میزان تلفات انرژی تابعی است از تلفات توان اما این بدان معنی نیست که برای مقدار معینی از تلفات توان، انرژی تلف شده ثابت باشد بلکه ممکن است ارقام متفاوتی را به خود اختصاص دهد.به عبارت دیگر کم بودن تلفات انرژی در یک شبکه همواره به معنی پایین بودن تلفات توان نمی باشد و چه بسا ممکن است تلفات انرژی در دو حالت مختلف برابر باشند اما تلفات توان در آنها یکسان نباشد.

تلفات راکتیو

هر مصرف کننده علاوه بر اینکه به توان راکتیو نیز نیازمند است که ارتباط این دو عامل با ضریب قدرت مصرف مشخص می شود. در ارزیابی شبکه های برق رسانی همانطور که تلفات انرژی دارای قیمت می باشد، برای تلفات بار راکتیو نیز باید شاخص اقتصادی منظور گردد که در ساده ترین روش قیمت گذاری آن مقایسه با قیمت خازن می باشد. به عبارت دیگر در یک خط انتقال اگر هدف کاهش بار سلفی باشد باید به همان میزان خازن در مدار قرار گیرد که از این طریق می توان به اهمیت اقتصادی آن پی برد.بررسی راهکارهای کاهش تلفات در شبکه های تولید و توزیع و انتقال‎ برق www.mktop.ir

اجزاء تلفات الکتریکی

در شبکه های برق رسانی انرژی الکتریکی به شکل های مختلفی به هدر می رود که اجزاء تلفات و سهم هر یک از آنها در کل تلفات سیستم در شبکه های مختلف متفاوت می باشد. بنابراین لازمه بررسی تلفات انرژی در هر شبکه و چگونگی کاهش آن، شناسایی اجزاء مختلف تلفات می باشد.تجزیه و تحلیل تلفات در شبکه های برق رسانی نشان می دهد که اجزاء تلفات بسیار متعدد و متفاوت می باشند اما به طور کلی می توان آنها را در سه دسته اساسی یعنی تلفات ناشی از مسائل فنی، تلفات بخاطر عوامل مدیریتی و تلفات در اثر عوامل فنی و مدیریتی تقسیم کرد.

بخش فنی

این قسمت از تلفات تابعی است از مشخصات فنی تجهیزات منصوبه در پستها و خطوط انتقال و توزیع انرژی الکتریکی. در یک شرایط بهره برداری صحیح از تاسیسات قسمت عمده تلفات هر شبکه را به خود اختصاص می دهد. کاهش این سری تلفات با حفظ تاسیسات و تجهیزات موجود کاری دشوار و تقریبا غیرعملی است، مگر اینکه در مدیریت بهره برداری اشکالاتی وجود داشته باشد که طبیعتا ممکن است پس از اصلاح و رفع آن امکان تعدیل تلفات میسر شود. این سری تلفات به اجزاء گوناگونی تقسیم  می شوند .

 تلفات ژول در خطوط انتقال و توزیع نیرو

بخش قابل توجهی از انرژی الکتریکی به صورت تلفات ژول ( ) در خطوط انتقال و توزیع نیرو به هدر می رود. مقدار این تلفات تابعی است از مقاطع هادیها و جریان عبوری از آنها، البته مقاومت و جریان الکتریکی خود به عوامل بسیار متعدد دیگری بستگی دارند. در تمامی شبکه های برق رسانی درصد عمده تلفات سیستم مربوط به این بخش می باشد که عمدتا در خطوط انتقال، خطوط فوق توزیع و توزیع به هدر  می روند. اگرچه با افزایش قطر هادیها امکان تقلیل تلفات ژول میسر می باشد اما اجرای این شیوه در جهت کاهش تلفات همواره موجه و اقتصادی نمی باشد.

تلفات در ترانسفورماتورها

بخش دیگری از انرژی الکتریکی در ترانسفورماتورهای شبکه های انتقال و توزیع نیرو به هدر می رود که سهم قابل توجهی می باشد. تلفات در ترانسفورماتورها در مقایسه با سایر تجهیزات الکتریکی بسیار بیشتر است به طوریکه می توان در شبکه برق رسانی سهم سایر تجهیزات در میزات تلفات را در مقابل آن ناچیز فرض کرد. این بخش از تلفات به مشخصات فنی ترانسفورماتورهای موجود در شبکه وابسته می باشد که طبیعتا با حفظ آنها امکان تقلیل یا تعدیل تلفات میسر نمی باشد، مگر با انجام اصلاحاتی در مدیریت بهره برداری.

تلفات تجهیزات پستها

علاوه بر ترانسفورماتورها که بحث شد بخش قابل توجهی از تلفات در سایر تجهیزات پستها از جمله راکتورها، کاپاستیورها و… به هدر می رود که مقدار این تلفات تابعی از مشخصات فنی تجهیزات می باشد و مسلما با حفظ آنها نمی توان تغییر چندانی در میزان تلفات آنها به وجود آورد، پس لازم است در ارزیابی تلفات به این عوامل نیز توجه داشت. ضمنا مصارف داخلی اطاق فرمان، روشنایی محوطه و ساختمانهای اداری یا دیگر تاسیساتی که در محوطه پستها قرار دارند نیز مصرف کننده انرژی الکتریکی  می باشند که می توانند به حساب تلفات منظور شوند.

تلفات کرونا

این تلفات که عمدتا در شبکه های انتقال وجود دارد و مقدار آن ضمن اینکه به سطح ولتاژ، مشخصات فنی تجهیزات و قطر هادیها (در خطوط انتقال) وابسته می باشد به شرایط آب و هوایی منطقه از جمله رطوبت هوا، درجه حرارت محیط، میزان آلودگی، ریزش باران وابسته می باشند به همین دلیل مقدار تلفات کرونا با توجه به شرایط آب و هوایی در دامنه وسیعی تغییر می کند.

 نشتی جریان

بخشی از انرژی الکتریکی به صورت نشتی جریان درتجهیزات، کابل ها و خطوط هوائی به هدر می روند میزان این بخش از انرژی هدر رفته نیز تابعی است از شرایط آب و هوایی منطقه موردنظر، در خطوط انتقال آلودگی محیط، رطوبت هوا و حتی نزدیکی شاخه های درختان به خطوط از عوامل موثر در ایجاد تلفات می باشند. عوامل دیگری نیز در تلفات خطوط وجود دارند که به همین مقدار اکتفا می شود.

تلفات توان

در شبکه های انتقال، انرژی الکتریکی به صور مختلفی به هدر می رود که بخش قابل توجه و مهم آن به صورت تلفات ژول  در هادیها به هدر می روند. برای محاسبه تلفات انرژی در شبکه های انتقال اولین گام آگاهی از مقدار تلفات توان در ساعات پیک می باشد، این تلفات گرچه به دو عامل R و I وابسته می باشد اما وابستگی R به عوامل دیگر باعث می شود که محاسبه تلفات توان در یک خط انتقال ساده یا شبکه به سادگی میسر نباشد. دلیل پیچیدی محاسبات وابسته بودن مقاومت هادیها به دیگر عوامل محیطی و سیستمی می باشد. به طور کلی مقاومت هادیها تحت تاثیر سه عامل درجه حرارت محیط، تابش خورشید و جریان الکتریکی دچار تغییرات می شوند که همین عوامل تغییرات توان را به دنبال دارد. عوامل دیگری چون باد، باران، برف نیز در مقدار مقاومت هادیها موثرند ولی در ذیل سه عامل اصلی که پایدارتر و مداوم می باشند.

درجه حرارت محیط

درجه حرارت محیط در طول شبانه روز، هفته، ماه و فصل در دامنه وسیعی تغییر می کند، که تغییرات درجه حرارت محیط مستقیما باعث تغییرات مقاومت هادیها و در نتیجه تلفات توان می شود. در تجزیه و تحلیل و محاسبه تلفات شبکه، برنامه کامپیوتری پخش بار وسیله مفیدی است که مورد استفاده مهندسین سیستم قرار می گیرد. از آنجا که تلفات توان مستقیما به مقاومت هادیها وابسته است لذا هر نوع بی دقتی در محاسبه تلفات توان گردد. بنابراین این مطلب بسیار مهم است که بدانیم مقاومت هادیهای خطوط انتقال و توزیع نیرو که در برنامه پخش بار مورد استفاده قرار می گیرند برای چه درجه حرارتی باید محاسبه شوند.بررسی راهکارهای کاهش تلفات در شبکه های تولید و توزیع و انتقال‎ برق www.mktop.ir

مروری بر روش های موجود نشان می دهد که عملا شیوه مشخص برای محاسبه مقاومت هادیها وجود ندارند و عمدا سلیقه ای است و برحسب مورد ممکن است مقاومت هادیها برای درجه حرارت های بین 20تا90 درجه سانتیگراد محاسبه گردد. که مسلما بی دقتی در این مرحله می تواند تلفات توان را به مراتب کمتر یا بیشتر از مقدار واقعی محاسبه نماید. گرچه هادیها تحت تاثیر سه عامل درجه حرارت محیط، تاثیر خورشید و جریان الکتریکی گرم می شوند و هر سه عامل نیز در طول شبانه روز تغییر می نمایند بنابراین لازم است به جای قرار دادن یک عدد به جای درجه حرارت هادی هر سه عامل به طور مجزا مشخص شوند.

پس برای دخالت دادن درجه حرارت محیط برای محاسبه مقاومت هادی باید به این سوال جواب داد که: «بررسی و محاسبه تلفات توان در چه درجه حرارت محیطی و بر چه مبانیی انتخاب گردد؟» در اینجا ابتدا باید مشخص گردد که هدف از محاسبه تلفات شبکه در چه منطقه، ماه یا فصلی است در صورتی که هدف محاسبه تلفات شبکه در ساعات پیک منطقه باشد مسلما ساعت پیک بار مناطق مختلف یک شبکه با هم فرق می کند پس باید در اولین گام ساعت پیک را برای منطقه مورد مطالعه معین نمود. برای کاهش خطای این مرحله لازم است منطقه موردنظر به چند ناحیه کوچکتر تقسیم و متوسط درجه حرارت ساعات پیک به عنوان درجه حرارت محیط منظور گردد.

تاثیر تابش خورشید

توان تابشی خورشید بر سطح کره زمین برحسب اینکه، محل مورد مطالعه در چه منطقه ای باشد متفاوت می باشد. بنابراین توان دریافتی اجسام از خورشید تابعی است از موقعیت مکان آنها در روی زمین و موقعیت خورشید در آسمان. به طور کلی حداکثر مقدار انرژی که هادی از خورشید دریافت می کند را می توان از رابطه روبرو بدست آورد:

Ws=K.E.Qs.S

که در این رابطه داریم:

Ws= انرژی دریافتی توسط یک اینچ مربع از سطح

Qs= کل انرژی وارده بر یک اینچ مربع از سطح

E= ضریب جذب سطحی

S= سطح آفتاب خور هادی به ازاء یک فوت از طول هادی یا اینچ مربع

ضریب ثابت K متناسب با ارتفاع خط انتقال (مقدار آن در سطح دریا برابر یک و در ارتفاع 1500 متری برابر 15/1 و در ارتفاع 3000 متری برای 25/1 و در ارتفاع 4500 متری برابر 3/1 می باشد). به این ترتیب برحسب اینکه در چه وقت از روز هدف مطالعه توان ابشی خورشید باشد مقدار آن متفاوت می باشد. انرژی دریافتی توسط هادی تابعی است از مشخصه و شرایط سطح هادی، افزایش درجه حرارت هادی تحت تاثیر خورشید را می توان از رابطه زیر بدست آورد.

Ts=23.E.Qs

در این رابطه d قطر هادی برحسب اینچ و بقیه پارامترها مطابق تعاریف قبل می باشند به این ترتیب به کمک این رابطه می توان افزایش درجه حرارت هادیها را در اثر تاثیر مستقیم خورشید بدست آورد.

– جریان الکتریکی

عبور جریان الکتریکی از هادیها باعث ایجاد تلفات ژول و درنتیجه ایجاد گرما در آنها می گردد که این عمل باعث افزایش دمای هادیها می گردد. میزان ازدیاد درجه حرارت هادی بستگی به مقدار جریان عبوری دارد و هرچه بر مقدار آن افزوده گردد درجه حرارت هادی نیز افزایش می یابد اما از آنجا که جریان عبوری از هادیها نمی تواند بیش از حد مجاز باشد درنتیجه درجه حرارت هادی نیز در حد مجازی که سازندگان توجیه می نمایند محدود می گردد. ضمنا جریان مجاز هادی عبارتست از ماکزیمم جریانی که عبورش از هادی هیچگونه تغییری در مشخصات مکانیکی و کارآیی آنی بوجود نیاورد. درجه حرارت مجاز هادیها بستگی به جنس آنها دارد اما برای هادیهای آلومینوم- فولاد متداول در شبکه های برق رسانی کشور مقدار آن حدود 90 درجه سانتی گراد است، بنابراین باید تلاش گردد با کنترل جریان در حد مجاز حرارت هادیها را کنترل نمود. همانطور که قبلا اشاره شد، درجه حرارت هادیهای بی بار برحسب اینکه در چه منطقه ای واقع شده باشد متفاوت می باشد.

در مناطق گرمسیر که درجه حرارت محیط به 55درجه می رسد و خورشید تا 15 درجه سانتیگراد می تواند درجه حرارت هادیهای قطور را افزایش دهد، درجه حرارت هادیهای بی بار حدود 70درجه سانتیگراد می باشد اما درجه حرارت هادی در یک منطقه سردسیر ممکن است 45 تا 55درجه سانتیگراد افزایش یابد. پس اگر قرار باشد حداکثر درجه حرارت هادی در 90 درجه سانتیگراد مهار گردد با توجه به ارقام قبل در مناطق گرمسیر جریان مجاز باید در حدی محدود گردد که تنها 20 درجه سانتیگراد هادی را گرمتر نماید حال آنکه در مناطق سردسیر جریان می تواند تا 45 درجه سانتیگراد نیز هادی را گرمتر نماید. این مطلب نشان می دهد که برحسب اینکه خطوط انتقال در چه مناطقی نصب شوند دارای ظرفیت متفاوتی می باشند (جریان مجاز در مناطق سردسیر از مناطق گرمسیر به مراتب بیشتر است). مطالب فوق الذکر نشان می دهند که عبور جریان الکتریکی نیز فاکتور موثری است در افزایش مقاومت هادیها. درصد افزایش مقاومت تابعی است از شرایط بارگذاری الکتریکی که در رابطه بحث شده قبل جریان الکتریکی برحسب مورد می تواند مقاومت هادیها را 15 تا 25 درصد افزایش دهد که اگر این مطلب مورد توجه قرار نگیرد تلفات نیز به همین نسبت دچار خطا می شود. برای محاسبه تاثیر جریان الکتریکی و مقدار مقاومت هادی ها می توان از رابطه زیر استفاده نمود:

در این روابط:

Ti= افزایش درجه حرارت هادی در اثر عبور جریان I

I= جریان عبوری از هادیها به آمپر

Ra= مقاومت هادی در درجه حرارت محیط (اهم بر فوت)

Ta= درجه حرارت (درجه سانتی گراد)

D= قطر هادی برحسب اینچ

M= ثابتی برای هادیها که مقدار آن برای هادیهای ACSR برابر با 228 و برای هادی های مسی برابر با 234 است.

تاثیر فرکانس

به طور کلی هرچه فرکانس افزایش یابد جریان بیشتری از سطوح نزدیکتر به پوسته هادیها عبور می کند، درنتیجه مقاومت هادی افزایش می یابد چون سطح مقطع موثر آن در مقابل عبور جریان کم می شود. این مطلب که به اثر پوستی هادی مشهور است باعث می شود تا مقاومت AC هادیها، نسبت به مقاومت DC آنها افزایش یابد, این تغییرات برای هادیهائی با مقطع بالا مانند Martin-135lKCM حدود دو درصد می باشد، دما برای هادیهایی با مقاطع کم (نظیر هادی Oriole-336KCM یا مقاطع کوچکتر از آن)، مقاومت AC و DC هادیهای ACSR را می توان تقریبا معادل هم در نظر گرفت یا به عبارت دیگر در این سری محاسبات می توان از اثر پوستی در محاسبه مقاومت هادیها صرفنظر نمود. برای محاسبه مقدار مقاومت الکتریکی AC یک هادی در فرکانس f می توان از رابطه زیر استفاده کرد:

Rac=K.Rdc

در این رابطه  Rdc مقاومت هادی در جریان DC و  Rac مقاومت هادی در جریان AC می باشد، K نیز تابعی است از متغیر X که مقدار آن در جدول 1  در پیوست آورده شده است و پارامتر X نیز از رابطه زیر بدست می آید:

μ پرمابیلیته هادی می باشد که مقدار آن برای هادیهای غیرمغناطیسی برابر یک می باشد، لذا با جای گذاری مقادیر f و μ=1,   f=5Hz مقدار X از رابطه زیر بدست می آید:

از بین هادیهای استاندارد کشور تا حد هادی Oriole مقاومت AC و DC تقریبا با هم برابرند (یا هادیهایی با قطرهای کمتر از 20 میلی متر) و برای مقاطع بزرگتر مقاومت AC هادی افزایش می یابد و وقتی قطر هادی به 36 میلی متر می رسد (بزرگترین مقطع هادی استاندارد) مقاومت AC حدود دو درصد بیشتر از حالت DC  می باشد.

تعیین درجه حرارت هادی

با توجه به آنچه گفته شده درجه حرارت محیط، تابش خورشید و جریان الکتریکی می توانند مقاومت هادیها را در حد وسیعی تغییر دهند، که نسبت ماکزیمم مقاومت نسبت به مقدار مینیمم آن ممکن است به حدود 6/1 هم برسد. اما در شرایط کار متعارف این رقم کمتر می باشد. بنابراین برای اینکه بتوان مطالعه را دقیق تر انجام داد باید به نکات زیر توجه نمود:

الف) درجه حرارت محیط

که بستگی به زمان و ساعت مطالعه دارد و چنانچه مطالعه و بر روی یک خط انتقال در شرابط پیک بار باشد باید دما در همان شرایط مدنظر قرار گیرد و ضمنا برای یک خط لزوما یک دمای مشخص در نظر نمی گیریم و می توان برحسب عبور خط از مناطق با شرایط اقلیمی متفاوت، متوسط دما را در نظر گرفت.

ب) تابش خورشید

فاکتور دیگر افزایش درجه حرارت هادی تحت تاثیر تابش مستقیم خورشید می باشد، که این افزایش در شب صفر و در ظهر شرعی ماکزیمم می باشد پس برحسب اینکه پیک مصرف یک منطقه در شب باشد یا روز محاسبات تلفات را تحت تاثیر قرار می دهد.

ج) جریان الکتریکی

جریان الکتریکی عاملی است که می تواند مقاومت هادیها را تا درصد بالایی افزایش دهد. در مورد شبکه های شعاعی امکان محاسبه جریان عبوری میسر می باشد ولی در شبکه های به هم پیوسته باید با اعمال تغییراتی در برنامه کامپیوتری پخش بار به این مهم دست یافت.

د) درجه حرارت هادی

در برنامه های پخش بار موجود امکان محاسبه مقاومت هادیهای باردار نمی باشد و عملا باید از شیوه های تقریبی استفاده کرد. که خود وابسته به میزان بار عبوری از خط انتقال و جنس هادی و دمای محیط می باشد.

در خطوط باندل نسبت جریان عبوری به جریان مجاز هادیها به مراتب خیلی کمتر از خطوط ساده است، درنتیجه افزایش درجه حرارت هادیها نیزدر اقر عبور جریان الکتریکی کمتر می باشد. که باید موردنظر قرار گیرد. برای محاسبات تقریبی در صورتی که جریان عبوری ثابت بماند با افزایش تعداد هادیهای فرعی در هر فاز از یک به دو یا سه عدد، افزایش درجه حرارت هادیها تحت تاثیر عبور جریان تقریبا به 1/4 یا  1/9 مقدار اولیه می رسد، اما برای محاسبات دقیق تر می توان با استفاده از روابط قبلی میزان تاثیرگذاری جریان الکتریکی را در درجه حرارت هادیها محاسبه نمود.

معرفی تلفات کرونا در خطوط انتقال نیرو

تلفات کرونا یکی از پارامترهای مهم و موثر در انتخاب قطر و تعداد هادیها در هر فاز می باشد، که در ولتاژهای بالای 230 کیلولت اهمیت آن بیشتر می باشد. در خطوط انتقال وقتی گرادیان ولتاژ در سطح هادیها از حد شکست هوای اطراف تجاوز نماید، باعث ایجاد حرارت و واکنش های شیمیایی می گردد (تولید ازون). تولید نور و صدا که قابل رویت و شنیدن نیز می باشند همراه با اغتشاشات مخابراتی از دیگر آثار سوء پدیده کرونا می باشند.

آگاهی از میدان های الکتریکی و گرادیان ولتاژ در اطراف هادیها نقش موثری در ارزیابی پدیده تخلیه کرونا دارا می باشند. محاسبه مقادیر دقیق گرادیان ولتاژ در اطراف سطح هادی کار پیچیده ای است که یکی از دلایل عمده آن غیر یکنواخت بودن سطح خارجی هادیها می باشد. به طور کلی گرادیان ولتاژ و ولتاژ بحرانی بر پارامترهای مختلفی چون درجه حرارت و دانسیته هوا، قطر هادی، تعداد هادیهای فرعی در هر فاز و شرایط سطحی هادیها بستگی دارند، که باید با توجه به آنها نسبت به کنترل و تنظیم کرونا اقدام نمود.

تلفات کرونا

اگرچه مهمترین آثار سوء پدیده کرونا تولید اغتشاشات رادیوئی، تلویزیونی و مخابراتی و نویز شنوایی است اما باعث ایجاد تلفات الکتریکی در خطوط انتقال نیرو نیز می گردد. در خطوط انتقال نیرو در یک هوای خوب مقدار تلفات کرونا ناچیز و کمتر از یک درصد تلفات ژول می باشند که به همین دلیل در اکثر محاسبات اقتصادی از آن صرف نظر می گردد، اما در هوای بارانی یا برفی ممکن است تلفات کرونا دهها برابر افزایش یابد که ضمن اینکه اثرات سوء اقتصادی ناشی از تلف شدن انرژی الکتریکی را به همراه دارد آثار سوء آن در محیط زیست نیز افزایش می یابد، به همین دلیل میزان تلفات کرونا نیز می تواند به عنوان یکی از شاخص های مهم کنترل طراحی خطوط انتقال نیرو مورد استفاده قرار گیرد. برای محاسبه تلفات کرونا در هوای آفتابی و صاف روشهای مختلفی وجود دارد که یکی از مدل های معتبر توسط آقای پیک ارائه گردید که در رابطه مقابل نشان داده شده است:

 محاسبه تلفات کرونا در هوای آفتابی و صاف توسط پیک www.mktop.ir

بررسیهای انجام شده نشان می دهد وقتی مقدار تلفات کرونا کم باشد این رابطه دارای دقت خوبی نیست و در چنین مواردی استفاده از روش پترسون که به صورت رابطه زیر تعریف گردیده است دارای دقت بهتری است:

 فرمول محاسبه تلفات کرونا کم به روش پترسون

در این روابط:

Pc= تلفات کرونا در هر کیلومتر از خط سه فاز (کیلو وات)

V= ولتاژ موثر فازی (کیلووات)

D= فاصله متوسط هندسی فازها (سانتیمتر)

R= شعاع هادی، سانتیمتر

F= ضریبی است مشخص و تابعی از مقادیر ولتاژ موثر و بحرانی خط انتقال که مقادیر آن در شرایط مختلف در جدول 2- پیوست نشان داده شده است.

اما برای محاسبه ولتاژ بحرانی در سطح هر هادی می توان از رابطه زیر استفاده نمود:

برخی از مراجع رابطه بالا را به صورت پایین نشان داده اند و تفاوت این رابطهδ با رابطه قبل در توان  (دانسیته نسبی هوا) می باشد.

مقدار  حداکثر برابر 2/21 می باشد اما در عمل مقدار آن کمتر از رقم فوق در نظر گرفته می شود. در صورتی که ولتاژ موثر فازی خط انتقال به حد ولتاه بحرانی برسد، یونیزاسیون هوای اطراف آن آغاز می گردد، اما این حد از ولتاژ نمی تواند هاله روشن بنفش رنگ را در اطراف هادی پدیدار نماید، مگر آنکه گرادیان ولتاژ از مقدار gp تا حد مقدار gv که در زیر از رابطه زیر بدست می آید، افزایش یابد، در چنین حالتی مقدار ولتاژ بحرانی در سطح هادی از رابطه زیر بدست می آید:

انرژی تلف شده از طریق کرونا

در خطوط انتقال نیرو آنچه در رابطه با تلفات کرونا مطرح می باشد، مقدار آن در هوای بارانی و مرطوب می باشد، گرچه یکی از معیارهای طراحی خطوط انتقال نیرو تعیین مقطع مناسب هادی در هوای خوب می باشد، اما در رابطه با تلفات کرونا این معیار نمی تواند اصولی باشد چون در عمل مقدار تلفات کرونا در هوای صاف و تمیز قابل صرف نظر کردن می باشد اما در روزهای ابری و بارانی یا برفی مقدار آن شدیدا افزایش می یابد و ممکن است به بیش از یکصد برابر هم برسد.

با توجه به اینکه مقدار تلفات کرونا در روزهای غیرآفتابی مطرح می باشد بنابراین مقدار انرژی الکتریکی که از این طریق به هدر می روند تابعی است از تعداد روزهای ابری، بارانی، برفی، یخ بندان، مه آلود و رطوبتی یا به عبارت دیگر در مناطقی که روزهای بارانی آن زیاد است تلفات کرونا نیز به مراتب بیشتر از سایر مناطق می باشد. بنابراین مقدار تلفات کرونا در هوای صاف نمی تواند معیار باشد بلکه لازم است میزان آن در روزهای دیگر محسابه و تعیین گردد که ذیلا به اختصار به آنها اشاره می گردد.

 تلفات کرونا در هوای صاف و تمیز

در خطوط انتقال نیرو برای کنترل نویز و اغتشاشات رادیوئی و مخابراتی تلاش بر این است که با انتخاب مقاطع مناسبهادی هادیگران ولتاژ را در حد مشخصیمحدود سازند و همین امر باعث می شود که مقدار تلفات کرونا در هوای تمیز و صاف نیز کاهش یابد. اصولا تلفات کرونا در هوای تمیز ناچیز می باشد اما با توجه به اینکه مقدار تلفات کرونا تابعی است از درجه حرارت محیط، حتی در هوای صاف و تمیز نیز ممکن است مقدار آن دچار نوسان شود که به هر حال باز هم مقدار آن کم می باشد. بنابراین برای محاسبه تلفات کرونا در یک دوره بلندمدت لازم است مقدار آن در شرایط مختلف آب و هوایی محاسبه و نتیجه ملاک طراحی وانتخاب مقاطع هادیها قرار گیرد.

 تلفات کرونا در هوای بارانی

با ریزش باران تلفات کرونا افزایش می یابد و هرچه بر شدت باران افزوده گردد مقدار تلفات نیز افزایش می یابد بطوری که ممکن است به بیش از یکصد برابر مقدار آن در هوای صاف هم برسد. بنابراین در محاسبه تلفات کرونا تعداد روزهای بارانی در هرمنطقه یکی از معیارها می باشد، به عبارت دیگر در یک شرایط فنی مشخص و معین، تلفات کرونا در یک منطقه بارانی به مراتب بیش از منطقه خشک می باشد. روابطی که توسط آقایان پیک و پترسون ارائه گردیده است تنها در روزهای غیربارانی صادق است و درنتیجه نمی توان از آن برای محاسبه تلفات کرونا در روزهای بارانی استفاده نمود. بررسیها و آزمایشات انجام شده روی یک نمونه از خط انتقال نیروی ولتاژ بالا به طول 7.3 کیلومتر در آمریکا منجر به ارائه مدلی جهت محاسبه تلفات کرونا در روزهای بارانی گردیده است که به صورت فرمول زیر می باشد. البته این مدل براساس یک شرایط مشخص و معین تهیه گردیده است و درنتیجه نمی توان با اطمینان آن را برای کلیه شرایط محیطی تعمیم داد.

در اینجا:

Pcr= تلفات کرونا در هوای بارانی، کیلوات در یک مایل از طول خط انتقال

Pcf= تلفات کرونا در هوای صاف، کیلووات در یک مایل از طول خط انتقال

V= ولتاژ فاز به زمین

J= ثابت تلفات جریان، که تابعی است از ولتاژ خط انتقال به شرح زیر:

برای ولتاژ 400 کیلوولت                  

برای ولتاژ 500 و 700 کیلوولت      

r= شعاع هادی (سانتیمتر)

K= ضریب رطوبت (تقریبا 10)

R= شدت باران (میلیمتر بر ساعت)

n= کل تعداد هادیها (سه برابر تعداد هادیهای هر فاز)

m= ضریب توان

g= گرادیان ولتاژ در سطح زیرین هادیها (کیلوولت بر سانتیمتر)

در صورت یکسان درنظر گرفتن گرادیان ولتاژ در هادیهای مختلف خط انتقال نیرو رابطه قبل را می توان به صورت زیر خلاصه نمود:

این فرمول تقریبی است و همانطور که در بالا اشاره گردید، این مدل بر مبنای آزمایشات محدودی روی یک نمونه از خط انتقال انجام گرفته است و طبیعتا بکارگیری آن در کلیه سطوح ولتاژ نمی تواند خالی از اشکال باشد.بررسی راهکارهای کاهش تلفات در شبکه های تولید و توزیع و انتقال‎ برق www.mktop.ir

 تلفات کرونا در روزهای برفی

مقدار تلفات کرونا در روزهای برفی و یخ بندان ممکن است بیش از روزهای بارانی باشد، اما به هر حال میزان شدت بارش برف یا قطر یخ نیز در این رابطه دخالت دارند، به طوری که در برخی موارد ممکن است کمتر از روزهای بارانی و در بعضی مواقع بیشتر باشد. به عنوان مثال تلفات کرونا در برف سنگین حدود دو برابر مقدار آن در یک روز بارانی با شدت 1/0 اینچ بر ساعت می باشد، به عبارت دیگر بارانی یا برفی بودن نمی توانند به تنهایی شاخص محاسبه تلفات کرونا باشند بلکه میزان و شدت ریزش برف و باران نیز عامل موثری است در افزایش تلفات که باید مورد توجه قرار گیرند.

میزان انرژی الکتریکی تلف شدن از طریق تلفات کرونا در روزهای برفی یا یخ بندان تابعی است از تعداد روزهای برفی یا یخ بندان که به هر حال لازم است در محاسبه تلفات کرونا در یک دوره بلندمدت مدنظر قرار گیرد.

 تلفات کرونا در روزهای مه آلود و شرجی

مقدار تلفات کرونا در روزهای مه آلود و شرجی به مراتب کمتر از روزهای بارانی است اما در مقایسه با روزهای صاف و تمیز بسیار بالا می باشد. میزان تلفات کرونا در هوای مه آلود تابعی است از غلظت مه و درصد رطوبت هوا در صورتی که جریان عبوری از هادیها بالا باشد، به دلیل گرم بودن هادیها امکان تجمع قطرات آب در هادیها رفع می گردد که همین امر کاهش تلفات کرونا را به همراه دارد، اما اگر درجه حرارت هادی پایین باشد بدلیل نشستن قطرات آب روی هادیها تلفات کرونا نیز افزایش می یابد. در روزهای مرطوب یا در زمانی که درصد رطوبت بالا باشد این عامل می تواند باعث افزایش تلفات کرونا در خطوط انتقال نیرو گردد، در چنین موقعی تلفات ناشی از نشتی جریان نیز زیاد می باشد. ضمنا در مواقعی که قطرات آب به صورت شبنم روی هادیها می نشیند نیز تلفات کرونا افزایش می یابد که مقدار این افزایش به میزان شبنم بستگی دارد و گاهی ممکن است بیش از روزهای بارانی باشد.

محاسبه تلفات کرونا

برای محاسبه تلفات کرونا در یک دوره یکساله فرمول های پیک و پترسون نمی توانند ملاک محاسبه قرار گیرند بلکه این روابط تنها برای هوای صاف و تمیز معتبرند که معمولا مقدار آنها ناچیز است بنابراین ضروری است از طریق آزمایشات لازم نسبت به اندازه گیری تلفات کرونا در شرایط مختلف اقدام نمود. بررسی و آزمایشات انجام شده نشان می دهند که مقدار تلفات کرونا در هوای صاف، بارانی، برفی یا مه آلود در دامنه وسیعی تغییر می نمایند که یک نمونه از آنها در جدول زیر نشان داده شده است:

همانطور که از این جدول پیداست، مقدار تلفات کرونا در هوای بارانی تا KW128 برای هر کیلومتر می رسد حال آنکه در هوای خوب مقدار آن تقریبا صفر می باشد. بنابراین برای محسابه تلفات انرژی از کرونا باید درصد روزهای مختلف مشخص گردد تا براساس آن نسبت به محاسبه تلفات کرونا اقدام نمود. بررسی ارقام جدول قبل نشان می دهد که در مناطق باران خیز یا نقاط مرطوب یا مناطقی که دارای تعداد روزهای ابری، بارانی، یخ بندان و برفی زیاد می باشند در انتخاب مقاطع هادیها باید دقت بیشتری مبذول گردد، به عبارت دیگر در این مناطق چه بسا مقاطع هادیها باید بزرگتر از مناطق خشک در نظر گرفته شوند.

پدیده کرونا و محاسبه تلفات آن

همانگونه که در قبل راجع به این پدیده بحث شد، در انتخاب هادی مناسب برای خطوط انتقال نیرو باید پدیده کرونا را مورد بررسی قرار داد، به دلیل چنانچه گرادیان ولتاژ بر روی سطح یک هادی بیش از قدرت شکست الکتریکی هوا گردد، باعث تخلیه الکتریکی در هوای اطراف هادی می گردد، این تخلیه در هوای اطراف هادی سبب ایجاد هاله نورانی بنفش رنگ، نویز صوتی، نویز رادیویی، لرزش هادی و همچنین در فضای اطراف هادی ایجاد گاز ازن می نماید و نهایتا تلفات کرونا را سبب می شود.

در طراحی خطوط انتقال به دلیل اثرات منفی فوق باید سعی در کاهش پدیده تا حدو امکان نمود گرچه کرونا بر میرایی موج های ولتاژ ضربه ای که در اثر کلیدزنی یا رعدوبرق در خط ایجاد می گردد، موثر است.

در عمل استفاده از هادیهای با قطر بالا و یا کاربرد مجموعه های هادی در یک فاز به صورت باندل باعث افزایش ولتاژ شروع کرونا (کاهش گرادیان پتانسیل در سطح هادی) شده و در نتیجه تلفات انرژی را کاهش می دهد.

افزایش فاصله بین هادیهای خط با برج و زمین باعث کاهش تلفات کرونا می گردد که این امر نسبت به افزایش هزینه تجهیزات خط در اثر افزایش طول بازوهای برج و درنتیجه افزایش نیروهای مکانیکی و بارهای اضافی و همچنین ازدیاد عرض برج و نیاز به افزایش حریم و باند مسیر در سراسر طول خط انتقال مقرون به صرف نیست. پدیده کرونا با گرادیان ولتاژ در سطح سیم نسبت مستقیم دارد و معمولا در خطوط انتقال نیرو شدت میدان اطراف هادی را طوری انتخاب می کنند که این ولتاژ از 17KV/cm تجاوز نکند (چون گرادیان ولتاژ شکست هوا در هوای خوب 21KV/cm میباشد).

شدت میدان اطراف هادی……………

 

 

امید داریم تا اینجای مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد. جهت دریافت این طرح توجیهی به صورت WORD + PDF  کامل به لینک دریافت زیر مراجعه نمایید.

برای دریافت pdf + word بر روی کلیدزیر ،کلیک نمایید . 

قیمت: 12000 تومان