405) شناخت انواع تلفات در سیستم قدرت

مقدمه
 
تلفات سیستم قدرت به سه گروه تلفات فنی ,تلفات غیر فنی و تلفات تجاری قابل دسته بندی می باشند. اگر کل تلفات را معادل تفاضل انرژی تولید شده و انرژی فروخته شده بگیریم باید تلفات تجاری را نیز به شرح زیر به آن بیافزائیم.

 تلفات تجاری + انرژی فروخته شده - انرژی تولید شده = تلفات کل

 در واقع در رابطه فوق داریم :

 تلفات غیر فنی + تلفات فنی = انرژی فروخته شده - انرژی تولید شده

   که تلفات فنی اصطلاحاً به آن دسته از تلفات انرژی اطلاق می شود که به حرارت تبدیل می گردند و عمدتاً به دلیل بهینه نبودن  سیستم و اجزاء آن صورت می گیرد در حالی که تلفات غیر فنی به تلفاتی گفته می شود که بیشتر جنبه اندازه گیری و محاسباتی دارند {7و8}. اما تلفات تجاری دارای ماهیتی متفاوت از دو نوع تلفات فنی و غیر فنی است و در واقع یک نوع هدر رفتن مستقیم انرژی نمی باشد بلکه به آن دسته از زیان های اقتصادی اطلاق می شود که در اثر قطع برق و یا مشکلات کیفیت توان دامنگیر تولیدکنندگان و مصرف کنندگان انرژی الکتریکی می گردد.
در این فصل هر یک از تلفات فوق با جزئیات بیشتری مورد تحلیل و تشریح قرار خواهند گرفت.


تلفات فنی
همانطور که اشاره شد تلفات فنی به دسته ای از تلفات سیستم قدرت گفته می شود که به نوعی منجر به تبدیل انرژی الکتریکی به حرارت، از آغاز تولید تا مرحله تحویل به مشترک می گردد.
تلفات فنی که در بسیاری از موارد به جای کل تلفات سیستم قدرت اشتباه گرفته می شود مشتمل بر طیف وسیعی از انواع تلفات می باشد که در ای بخش تحت دو عنوان تلفات انتقال و تلفات توزیع تشریح گردیده اند. معمولا تلفات سیستم تولید (نیروگاه ها) در زمره تلفات سیستم قدرت محاسبه نمی شوند و نیروگاه ها به عنوان واحدهای صنعتی تلقی می گردند که فروش برق به شبکه را بر عهده دارند و کلیه انرژی های مصرف شده در نیروگاه به عنوان مصرف داخلی آن لحاظ می گردد که بعضا قابل کاهش است. لذا بررسی انواع تلفات و طرق کاهش آن ها در نیروگاه ها، به طور مختصر در ضمیمه انتهای گزارش درج گردیده است.
تلفات در شبکه انتقال:
تلفات فنی در شبکه انتقال دارای ابعاد بسیار گسترده ای می باشد {7} که در این بخش مورد اشاره قرار خواهند گرفت:
 

تلفات ناشی از مقاومت خطوط
این نوع تلفات که در اثر مقاومت الکتریکی هادی در مقابل عبور جریان ایجاد می شود در واقع مهم ترین تلفات سیستم انتقال است و همانگونه که بعدا ملاحظه خواهد شد، سایر انواع تلفات انتقال به نحوی در افزایش این نوع تلفات سهیم می باشند.
این تلفات در یک سیستم سه فاز متقارن، تابعی از مقاومت
AC خطوط و مجذور جریان موثر عبوری است. قطعا افزایش سطح مقطع هادی ها که منجر به کاهش مقاومت خطوط می شود با قیود اقتصادی محدود می گردد لذا پذیرفتن سطح استاندارد برای آن ها و بالطبع تلفات معین در این مورد اجتناب ناپذیر است. فرسودگی و عمر زیاد هادی ها (مس یا آلومینیوم)، رسانایی آنها را کاهش می دهد و منجر به افزایش تلفات می گردد. همچنین طول زیاد خطوط انتقال اگر چه در اکثر موارد ناگزیر می باشد علاوه بر افزایش سایر مشکلات انتقال، تلفات خطوط را بالا می برد.
باید متذکر شد که اتصال نامناسب هادی ها می تواند تاثیر قابل ملاحظه ای در افزایش مقاومت خطوط و بالطبع تلفات آنها داشته باشد.

تلفات ناشی از فرسودگی تجهیزات
گذشت زمان خاصیت رسانایی هادی های مسی را کاهش داده و منجر به افزایش مقاومت وصل کلیدهای قدرت می گردد. تلفات آهنی هسته ترانسفورماتورها،
CTها و PTها با افزایش عمر، فزونی می گیرند و همچنین تلفات عایقی تمامی تجهیزات به دلیل ضعف عایقی ناشی از طول عمر، به شدت بالا می رود.

تلفات کرونا
یکی از تلفات قابل توجه در سیستم های قدرت الکتریکی ولتاژ بالا (سیستم انتقال) تلفات کرونا است. پدیده کرونا که نتیجه یونیزاسیون هوای اطراف هادی دارای ولتاژ بالا است، به همراه هاله ای از نور بنفش رنگ و نویز آکوستیک و الکترومغناطیسی بوده و کاربرد زیادی در بسیاری از صنایع (به ویژه فیلترینگ) دارد، در خطوط انتقال ولتاژ بالا می تواند سهم عمده ای از توان را در خود تلف نماید {9و10}. قطعا استفاده از هادی های گروهی (باندل ها) تا حد زیادی در کاهش اینگونه تلفات موثر است. اما باید به خاطر داشت که گذشت زمان، در اثر خوردگی و رسوب آلاینده ها بر سطوح ولتاژ بالا از جمله خطوط انتقال، ناهمواریها و نقاط تیزی بر روی آنها ایجاد می کند که میدان الکتریکی اطراف خود و بالطبع پدیده کرونا را بشدت تقویت می نماید.

تلفات عایقی
عایقهای مورد استفاده در سیستم های ولتاژ بالا ی جریان متناوب عمدتا دو نوع تلفات جدی را متحمل می گردند:

جریان نشتی
جریان عبوری از سطح ولتاژ بالا به سطح ولتاژ پایین عایق که تابعی از مقاومت عایقی و اختلاف پتانسیل دو سر آن است را جریان نشتی می گویند. البته تلفات ناشی از این جریان که معمولا مقدار ناچیزی است تنها پس از افزایش عمر عایق و کاهش مقاومت الکتریکی آن قابل توجه می گردد. نقاط عایقی تخریب شده و یا نقاطی که به صورت صحیح ترمیم نشده اند می توانند در این خصوص بسیار صدمه پذیر باشند.
تلفات هیسترزیس
واضح است که عایق های مجاور با هادی های عبور دهنده جریان متناوب، متحمل شدت میدان مغناطیسی متناوبی، متناسب با آن جریان خواهند بود که طبیعتا در آنها تلفات هسیترزیس قابل توجهی ایجاد می کند. این تلفات به صورت قابل توجه در کابلهای جریان بالا مشاهده می شود.
 

تلفات ناشی از عدم تقارن فازها
در صورت وجود عدم تقارن فازها (که البته در سیستم انتقال بسیار ناچیز است) تلفات برآیند سه فاز بیش از حالت متقارن در سه فاز خواهد بود. به عبارت دیگر شباهت یکسان در مشخصات و پارامترهای الکتریکی فازهای یک خط که اغلب امری قطعی فرض می شود در عمل متفاوت خواهد بود. مهمترین عامل وقوع چنین مشکلی در شبکه انتقال، عدم جابجایی فازها به دلیل مشکلات فنی و اقتصادی می باشد.
تلفات ناشی از اضافه بار کابل ها، و ترانسفورماتور و سایر تجهیزات سیستم انتقال که به معنی عبور جریان بیش از مقدار نامی از آنها است تلفات توان اهمی در آنها را به صورت صعودی افزایش می دهد. البته باید متذکر شد که این افزایش تلفات اهمی، افزایش دمای تجهیزات نسبت به سطح نرمال و بالطبع افزایش تلفات عایقی و احیانا آهنی را نیز به دنبال خواهد داشت.
همچنین، اضافه بار شدن تجهیزات دارای هسته مغناطیسی غیر خطی از قبیل ترانسفورماتورها و
CTهای اندازه گیری می تواند منجر به ورود نقطه کار آنها به ناحیه اشباع منحنی BH گردد که در نتیجه هارمونیک های رتبه پایین بویژه هارمونیک های مضارب 3 بر روی ولتاژ ایجاد می کنند که خود، همانگونه که بعدا ذکر خواهد شد منشاء تلفات بیشتری است.

تلفات ناشی از پخش بار نامناسب
پخش بار در سیستم انتفال متداول، متاثر از توپولوژی شبکه و برنامه ریزی تولیدهای واحدهای مختلف نیروگاهی است. ولی ساختار موجود شبکه و همچنین برنامه ریزی تولید مورد استفاده در بسیاری از مواقع بهترین حالت نیست و طبیعتا کمترین تلفات را شامل نمی شود.
در واقع می توان با ایجاد تغییر در ساختار شبکه به طرق مختلف و همچنین برنامه ریزی بهینه تولید، پخش بار سیستم را به شکلی تغییر داد که تلفاتی کمتر از مقادیر قبلی داشته باشد، که به آن پخش بار بهینه می گویند.

تلفات ناشی از عبور توان راکتیو
توان راکتیو مورد نیاز بار و عناصر ذخیره کننده انرژی سلف و خازن شبکه ( از جمله خود خطوط ، ترانسفورمرها و ... ) برحسب نوع بار در شبکه جاری می باشد . عبور توان راکتیو از شبکه علاوه بر بروز مشکلات جدی از قبیل اشغال ظرفیت شبکه و افت ولتاژ ، منجر به تلفات جدی انرژی نیز می گردد. نظر به اینکه تولید یا مصرف این نوع توان بر خلاف توان اکتیو نیازمند تامین انرژی از نیروگاه نمی باشد ، با تامین و مصرف آن در محل ، توسط بانک های خازنی با راکتورها ، می توان میزان عبور توان راکتیو از شبکه را کاهش داد که قطعا منجر به کاهش تلفات راکتیو شبکه می گردد .

تلفات ناشی از انتشار امواج الکترومغناطیسی در اشیاء فلزی 
نظر به اینکه انرژی الکتریکی در شبکه انتقال از نوع امواج الکترومغناطیس می باشد و با توجه به سطح بالای ولتاژ و جریان در آنها ، علی رغم فرکانس پایین سیستم قدرت ، همواره مقداری انرژی در ساختارها و پایه های فلزی مجاور هادی از طریق میادین قوی الکترومغناطیس القا شده و تلف می گردد.
البته بطور معمول بدلیل ناچیز بودن این درصد تلفات و مشکلات محاسباتی آن ، از این گونه تلفات صرفنظر می شود .

تلفات سیستم توزیع  
معمولا در کل سیستم های قدرت بالاترین سهم تلفات به سیستم توزیع اختصاص دارد که البته دلیل این امر را باید در گستردگی سطح و کثرت ادوات موجود در این سیستم ، به همراه ویژگیهای دیگری از جمله بارهای تکفاز و سطح ولتاژ پایین آن جستجو نمود.
در ادامه مهمترین موارد تلفات انرژی الکتریکی در سیستم های توزیع مورد مطالعه قرار گرفته اند.

تلفات ناشی از مقاومت خطوط  
مقاومت هادی ها همانند آنچه که در بحث تلفات انتقال مطرح گردید برجسته ترین عامل تلفات سیستم های توزیع می باشند . البته باید بخاطر داشت که در سیستم های توزیع مقاومت نسبی خطوط بالاتر است و بدلیل گستردگی و اتصالات متعدد، در صورت عدم رعایت صحت اتصالات ، این مقاومت و در نتیجه تلفات افزایش بیشتری خواهد داشت .

تلفات ناشی از عدم تقارن خطوط   
عدم تقارن خطوط در سیستم توزیع (که البته نه به دلیل متفاوت بودن مشخصات هادی های فازها بلکه به دلیل عدم جابجایی فازها بوجود می آید) منجر به ایجاد عدم تعادل شبکه از دیدگاه بار می شود که به نوبه خود عدم تعادل جریان فازها و تلفات ناشی از آن را به دنبال خواهد داشت.

تلفات ناشی از عدم تعادل فازها    
بارهای تک فاز سیستم توزیع به همراه عدم تقارن فازها باعث می شود که بعضا عدم تعادل شدید در پی داشته باشد .
از طرف دیگر عدم تعادل فازها منجر به جریان سیم نول می شود که در نتیجه تلفات انرژی در این سیم نیز به تلفات افزوده می گردد.

تلفات ناشی از اتصال زمین نامناسب
سیستم زمین نامناسب و یا فرسوده، مقاومت الکتریکی زیادی پیدا می کند و این مساله در سیستم های نامتعادل منجر به عدم تعادل ولتاژ و تلفات انرژی ناشی از آن خواهد شد.

 

 تلفات ذاتی ترانسفورماتورها ، تجهیزات اندازه گیری و ...
همانند سیستم انتقال، در شبکه های توزیع نیز توان عبوری در سر راه خود از تجهیزات متعددی عبور می نماید که هر یک بر حسب نوع، تکنولوژی ساخت و عمر خود درصدی از انرژی را تلف می نمایند .
بیشترین تلفات این بخش متعلق به ترانسفورماتورهای توزیع است که بطور گسترده در سیستم بکار گرفته می شوند .

تلفات عایقی تجهیزات     
اگرچه سطح ولتاژ پایین در سیستم توزیع ، تلفات عایقی تجهیزات را نسبت به سایر انواع تلفات کمرنگ می سازد لیکن با توجه به گستردگی و کثرت تجهیزات دارای این تلفات، در مجموع، این نوع تلفات قابل ملاحظه خواهد بود .

تلفات ناشی از اضافه بار تجهیزات      
اضافه بار تجهیزات توزیع نیز همانند تجهیزات سیستم انتقال، منجر به افزایش صعودی تلفات در آنها می گردد.
همچنین ایجاد هارمونیک ها (بویژه هارمونیک های مضارب 3) بدلیل وارد شدن به ناحیه اشباع ترانسفورماتورها و تلفات مرتبط به آنها از تبعات این افزایش بار از مقادیر نامی خواهد بود .

تلفات ناشی از ضریب بار پایین      
طبیعتا وجود پیک در منحنی بار روزانه مناطق مختلف توزیع ، علاوه بر تحمیل هزینه های هنگفت ، برنامه ریزی شبکه جهت تامین بار ساعات پیک را مشکل می نماید و تلفات تحمیل شده به شبکه را افزایش خواهد داد .

تلفات ناشی از هارمونیک ها       
همانطور که 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 که بدلیل پیشرفت صنعتی و مزایای خود هر روزه در حال افزایش می باشند ، عمدتا از تجهیزات الکترونیک قدرت استفاده می کنند که جریان غیر سینوسی از شبکه اخذ می نمایند . موارد عمده این تجهیزات عبارتند از لامپهای کم مصرف ،
UPS ها ، کامپیوتر ها ، ASDها و ...
از طرف دیگر همانگونه که قبلا نیز اشاره شد بارهای الکتریکی دارای هسته آهن اشباع پذیر ، نظیر ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی، در صورت اضافه بار شدن، با ورود به ناحیه غیر خطی منحنی مغناطیسی خود جریان مغناطیس کنندگی غیر خطی از شبکه اخذ می کنند که ایجاد هارمونیک (بویژه هارمونیک های مضارب 3) از مضرات آن است.

اثر پوستی

/ 12 نظر / 44 بازدید
نمایش نظرات قبلی
رسول يساولي

سلام سايت خيلي خوب و جالبي دارين من شما رو لينك كردم لطفا شما هم من رو با نام مركز علمي آموزشي شايان برق لينك كنيد

قاسم اسماعیلی

سلام من قاسم اسماعیلی از استان تهران شهرستان ورامین 16 ساله هنر جوی سال دوم رشته کامپیوتر هستم . از شما برای کمکی که در زمینه های علمی به هموطنان میکنید متشکرم .به نظر من وبلاگ شما یک وبلاگ کامل و بسیار خوب و کمک کننده در زمینه های تحقیقی است. خدا نگهدار

m0trix

با سلام. سایت اذر صفر یک در نظر دارد برای تکمیل کادر خود در بخشهای مختلف سایت مدیر بپذیرد. کسانی که توانایی مدیریت در بخشهای مختلف سایت را دارن میتوانند در سایت اعلام کنند. ادرسهای ورودی سایت www.azar01.gigfa.com و www.azar01.co.cc اگر دیدید که در سایت بخش مورد علاقه شما وجود ندارد در بخش انتقادات مطرح کنید تا ان بخش را ایجاد کنیم. برای ارتباط با مدیر سایت با ایمیل و ایدی زیر ارتباط برقرار کنید ایمیل ali.asadi33@gmail.com یا ایدی ashke_darua@yhaoo.com اگر شما در هیچ چیزی تخصص نداشتید میتوانید در سایت عضو شده و از امکانات رایگان سایت استفاده کنید. دوست عزیز دیگه وقتش رسیده که وبلاگ رو بیخیال شین و بیان مثل یه مهندس توی سایت فعالیت کنید با تشکر مدیریت سایت اذر صفر یک

اهلام

خیلی خری[خنده]

محسن

سلام خدمت شما من محسن هستم یه سوالی برای من پیش اومده اونم این که اگه مثلا یک دستگاه داشته باشیم 180 آمپر بکشه بخواهیم یه کابل براش به طور زمینی بکشیم از چه کابلی با چه سطح مقطعی استفاده کنیم البته دماش هم 45 درجه ست زحمت بکشید بهم بگید من کارم خیلی گیره

وحید

داداش از سایتت حالشو بردیم دستت درد نکنه

بابا تو رو چکارت به برق قدرت و وب نویسی ؟؟؟؟؟؟؟ برو بابا اصلا مال این حرفا نیستی

من

خاک بر سر این عکس تخیلی رو بردار شاید یکی بیاد و نگاهی به اینجا بندازه لابد خیلی هم ادعای خوش تیپیت میشه آشغال کسافت.

حميدرضا جيريايي شرايي

سلام وبلاگ تخصصي رله و حفاظت را داير كرده ام و بازديد كننده اي بيش از 300 نفر در روز دارد مايل به تبادل لينك با وبلاگ مفيد و تخصصي شما هستم آدرس :relay.blogfa.com در صورت تمايل من را با نام رله و حفاظت جيريايي لينك كنيد و در بخش نظرات اطلاع دهيد تا من هم شما را لينك كنم. با تشكر جيريايي ايميل h.jiryaee@ieee.org

csd

dcdscdxc