مقاله در مورد انرژی الکتریکی

بخشی از مقاله

مقدمه:
انرژي الكتريكي در مقايسه با ساير انرژي‌ها از محاسن ويژ‌ه‌اي برخوردار است و همين محاسن است كه ارزش و اهميت و كاربرد آنرا فوق‌العاده روز افزون ساخته است. بعنوان نمونه مي‌توان خصوصيات زيرا را نام برد:
1. هيچگونه محدوديتي از نظر مقدار در انتقال و توزيع اين انرژي وجود ندارد.
2. عمل انتقال اين انرژي براي فواصل زياد بسهولت امكان‌پذير است.

3. تلفات اين انرژي در طول خطوط انتقال و توزيع كم و داراي راندمان نسبتاً بالائي است.
4. كنترل و تبديل و تغيير اين انرژي نسبت به ساير انرژي‌ها به آساني انجام‌پذير است.
بطور كلي هر سيستم انرژي الكتريكي داراي سه قسمت اصلي مي‌باشد:
1. مركز توليد نيرو (نيروگاه)
2. خطوط انتقال نيرو

3. شبكه‌هاي توزيع نيرو
توليد كه از دو قسمت تشكيل يافته است:
 حلقه كنترل قدرت و فركانس، كه به صورت توربين مي‌باشد.
 حلقه كنترل ولتاژ، كه مربوط به ژنراتور مي‌باشد.
1. شبكه سراسري انتقال كه شامل ترانسهاي قدرت با نسبت تبديل 11.5/230/400kvi,11.5kv و شبكه‌ي فوق توزيع كه شامل ترانسهاي 132/63kv مي‌باشد.
2. شبكه پخش انرژي الكتريكي كه در انتهايي‌ترين سيستم قدرت قرار مي‌گيرد.
بمنظور تامين انرژي مورد نياز مصرف‌كننده‌ها، شبكه‌هاي توزيع (فشار متوسط و ضعيف) در قسمتهاي مختلف صنعتي و كشاورزي و مسكوني و عمومي (تجاري) داراي شرايط و خصوصيات معيني مي‌باشند.
اين شرايط كه در هر شكبه توزيع مي‌بايد مورد توجه قرار گيرد، عبارتند از:
1. شرط اول تامين انرژي مورد نياز مشتركين (بعنوان مصرف‌كننده)، اين است كه شركت برق موظف است به طور دائم در طول شبانه‌روز آن مقدار قدرتي را كه مشترك درخواست نموده و مورد توافق قرار گرفته در اختيارش قرار دهد. بنابراين در انتخاب ميزان قدرت و نوع شبكه و سيم‌كشي واحدهاي عمليات آن بايستي دقت زيادي شود.
2. شرط دوم جهت تامين انرژي مصرف كننده‌ها اين است كه وضعيت شبكه‌ها بايد طوري باشد تا در موقع خرابي يك قسمت از شبكه، در تغذيه‌ي مصرف‌كنندها وقفه‌اي حاصل نشود.
3. عيب‌يابي سريع ناشي از عايق‌بندي (ايزولاسيون) شرط سومي مي‌باشد كه در توزيع انرژي الكتريكي، باستي مورد نظر باشد. شبكه‌ها بايد طوري باشد كه بتوان معايب ناشي از عايق‌بندي و پارگي خطوط و ساير معايب را فوري و بطور مطمئن پيدا كرده و بسرعت آنها را برطرف نمود.

4. با برقراري شرايط بالا، چهارمين شرط انتخاب شبكه اينست كه مناسب‌ترين و ارزان‌ترين روش توزيع انرژي را داشته باشد، عدم رعايت موارد فوق باعث مي‌شود كه اشكالات زيادي در شبكه‌هاي توزيع بوجود مي‌آيد. از افت ولتاژهاي فوق‌العاده زيادتر از حدمجاز گرفته تا تلفات زياد انرژي و از اضافه‌بار روي ترانسفورماتورها گرفته تا خاموشي‌هاي طولاني در سطوح وسيع.

انواع شبكه‌هاي توزيع انرژي الكتريكي:
بخش از سيستم الكتريكي كه بين پست‌هاي2kv,43kv,20kv و ترانسفورماتورهاي فشار متوسط قرار دارد، سيستم اوليه ناميده مي‌شود. اين سيستم از مدارهايي تشكيل شده كه به آنها فيدرهاي اوليه گفته مي‌شود. هر فيدر شامل يك بخش اصلي يا «فيدر اصلي» كه معمولاً يك مدل سه سيمه سه فاز است و شاخه‌ها يا انشعابها كه معمولاً از فيدر اصلي منشعب شده‌اند، مي‌باشند.
ممكن است در صورت لزوم انشعاب‌هاي فرعي از انشعاب‌ها جدا شده باشد. ترانسفورماتورهاي توزيع فشار متوسط، سه فاز بوده وتوسط فيوز فشار متوسط (فيوز CutOut) در پستهاي هوايي محافظت مي‌شوند. براي حفاظت ترانسهاي قدرت در پستهاي زميني از دژنكتور يا سكسيونر قابل‌قطع زير بار استفاده مي‌شود.
فيدرهاي مذكور توسط ركوردها در نقاط مختلف مدار تقسيم‌بندي شده‌اند تا حتي‌الامكان بخشي از مدار كه دچار خطا شده است، به تعداد كمتري از مشتركين مرتبط باشد. اين كارها با هماهنگي عملكرد تمام فيوزها و ركلوزرها امكان‌پذير مي‌باشد.
نواحي با تراكم بارزياد توسط فيدرهاي اوليه زيرزميني كه معمولاً كابلهاي سه فاز شعاعي هستند، تغذيه مي‌گردد. اين روش، ظاهري بهتر داشته و كم‌دردسرتر مي‌باشد، اما داراي هزينه بيشتر بوده و زمان تعمير آن طولاني‌تر از سيستم‌هاي هوايي است. در برخي حالات

، مي‌توان كابل را بصورت معلق بر روي تيرك‌ها بكار برد كه در اين نوع، هزينه از حالت سيستم هوائي (Open-Wire) ،‌ بيشتر و از حالت بكارگيري تاسيسات زيرزميني كمتر مي‌باشد.

شبكه‌هاي شعاعي:
ساده‌ترين، كم‌هزينه‌ترين و رايج ترين شكل فيدر اوليه، نوع شعاعي آن مي‌باشد. بطور كلي فيدرهاي اصلي و فرعي Main&SubFuder بصورت سه فاز بوده و جريان

رله‌هايي كه از پست خارج مي‌شوند،‌ بيشترين مقدار را داشته و هركدام در حين اينكه انشعابها و انشعاب‌هاي فرعي از فيدر جدا مي‌گردند، در طول فيدر كاهش مي‌يابد.
كافيست اطمينان تداوم سرويس‌دهي در مسيرهاي اوليه شعاعي پائين است. چنانچه خطايي در هر نقطه از فيدر رخ دهد، قطع قدرت در همه مشتركين فيدر ايجاد مي‌گردد، مگر آنكه توسط كليدهايي نظير فيوز، تقسيم‌كننده، سكسيونر يا دژنكتور آن را جدا نمائيد.
شبكه‌هاي بسته سه فاز (خطوط پخش انرژي از دوسو تغذيه):
ضريب اطمينان كار چنين شبكه‌اي بطور قابل توجهي بالا مي‌باشد. زيرا از كارافتادن يكي از دو منبع و يا قسمتي از خط تغذيه كننده، شبكه همواره از سمت ديگري انرژي مي‌گيرد. بديهي است شرط اصلي محاسبه شبكه، تغذيه از يك سمت است. يعني سطح مقطع سيم‌هاي اصلي بايد براي حالتي محاسبه گردد كه شبكه از يك سو تغذيه مي‌گردد.
شبكه‌هاي دو سوتغذيه، در قصبات و روستاهايي بيشتر كاربرد دارد كه در قسمت طول گسترش يافته است.
شبكه با تغذيه از يك سو، براي چنين مناطقي افت انرژي زيادي در طول خط دارد و علاوه از چنين شبكه‌اي براي تغذيه ماشين‌هاي كارخانه كه داراي سالن‌هاي نسبتاً طويلي مي‌باشد، نيز مي‌توان استفاده كرد.

شبكه‌هاي حلقوي
عملكرد شبكه‌هاي حلقوي غير عملكرد شبكه‌هاي از دوسو تغذيه شونده مي‌باشد، با اين تفاوت كه از يك شبكه حلقوي ابتدا و انتهاي خط هادي يك نقطه (منبع) تغذيه كننده متصل مي‌باشد. چنين شبكه‌اي براي تغذيه نقاط با تراكم مصرف زياد به كار مي‌رود (تغذيه پست‌هاي ترانسفورماتور). حفاظت شبكه‌هاي ازدوسو تغذيه شونده و شبكه‌هاي حلقه‌اي احتياج به وسايل حفاظتي حساس و دقيقي مانند رله‌هاي جريان زياد جهت‌دار دارد.

ساختار فيدرهاي سيستم توزيع

اساس فيدرهاي شعاعي يك سيستم توزيع، بخاطر عدم تداوم سرويس‌دهي سوال برانگيزند و يك خطر بر روي هر يك از فيدرها به خاموشي تعدادي از مصرف‌كنندگان مي‌انجامد و در هنگام استفاده از اين آرايش، وقفه در سرويس‌دهي به صورت اجتناب‌ناپذير وجود دارد. از اين‌رو استفاده از شبكه‌هاي حلقوي و يا رينگ مورد توجه قرار مي‌گيرد. از نظر تعريف شبكه رينگ به مداري گفته مي‌شود كه از يك شينه آغاز مي‌گرد و پس از متصل كردن چند شينه به يكديگر به همان نقطه شروع برمي‌گردد.
به عبارت ديگر رينگ حلقه‌اي است كه مي‌تواند بيشتر از يك پست را تغذيه كند و از طريق بيشتر از نقطه قابل تغذيه است. مزيت اصلي شبكه رينگ در قابليت اطمينان مناسب و امكان گسترش آسان آن است، اما تعداد ديژنكتورها و كليدهاي مورد نياز زيادو نيز ر

له‌ گذاري مشكل و پرخرج مي‌شود، لذا در شبكه‌هاي فعلي توزيع برق جهت استفاده از قسمتي از پست‌هاي شبكه حلقوي بدليل مشكلات جايگزيني و تجهيزات ذكر شده از سيستم حلقه باز يا شبكه با قابليت تغذيه از دوسو دربين دو شينه يا پست توزيع استفاده مي‌نمايد.
عوامل مهم بسياري در طراحي فيدرهاي اوليه اثر مي‌گذارد كه مهمترين آنها عبارتند از: چگالي و رشد بار، نياز به ايجاد ظرفيت خالي براي بهره‌برداري در حالت اضطراري، هزينه و ساختار مدار مورد استفاده طرح و ظرفيت پست فوق توزيع مربوطه به آن، سطح ولتاژدهي بر ساير استاندارهاي سرويس دهي.

سطوح ولتاژ شبكه‌هاي توزيع
شبكه‌هاي فشار متوسط عمومي در ايران با ولتاژهاي 18.20.23 كيلوولتي كار مي‌كنند كه در اين ميان ولتاژ 20 كيلوولت رايجترين آنهاست و امروزه ايجاد و توسعه شبكه‌هاي فشار متوسط اساساً با ولتاژ 20 كيلو ولت صورت مي‌گيرد. حتي در برخي از شهرها هم كه از قديم ولتاژ 11 كيلوولت معمول بوده است، رفته رفته جاي خود را به ولتاژ 20 كيلوولت مي‌دهد. ولتاژ 33 كيلوولتي تنها در خوزستان رايج است و در ابتدا بعنوان ولتاژ برق توزيع بكار مي‌رفت.

پست‌ها (استگاه‌هاي) توزيع
اين ايستگاه‌ها در شبكه‌ برق كشور به دو صورت زميني (نصب شده در ساختمان) و هوايي (نصب شده در هواي آزاد بر روي پايه‌هاي برق) رايج است. پست‌هاي زميني اختصاص به محدوده داخل شهرها و بعضي از مشتركان مصارف سنگين دارد. ويژگي آنها نسبت به ايستگاههاي هوايي، ظرفيت نامي بالاتر و قابليت مانور روي شبكه از طريق تجهيزات موجود درآنهاست. در بيرون از محدوده‌هاي شهري، نوع رايج، پست‌هاي هوايي است.
ترانسفرماتورهاي توزيع اغلب تا قدرت 315-400VA بصورت هوايي و از اين ظرفيت به بالا زميني و در داخل ساختمان نصب شده و مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرد.

پيكتاژ
براي انتقال انرژي الكتريكي از نقطه‌اي به نقطه ديگر لازم است كه عمل پيكتاژ صورت پذيرد. عمل پيكتاژ در واقع تعيين محل برجهاي انتقال نيرو مي‌باشد. در سطح ولتاژ توزيع 20kv از تيرهاي بتوني به ارتفاع‌هاي 12.13.15 متري و از قدرتهاي مختلف 800, 600, 400 و حتي 1000 كيلوگرم نيرو استفاده مي‌شود. براي عمل پيكتاژ لازم است ابتدا بازديد كلي از مسيرخط انتقال صورت پذيرد و با ديدن پست‌ و بلندي‌ها و چگونگي زمين از نظر جنس و همچنين موانع طبيعي مانند جنگل، كوه، دريا، سيل و … يك آشنايي كلي پيدا شود.
طراحي خط از دو بخش الكتريكي و مكانيكي تشكيل مي‌شود. منظور از بخش الكتريكي سطح مقطه سيم از نظر قدرت عبوري و افت ولتاژ مجاز است و از نظر مكانيكي به مشخص كردن قدرت و ارتفاع تير با توجه به قدرت كشش سيم و همچنين نوع زمين و شرايط جوي و حريم و مسائلي از اين دست مربوط مي‌شود.
بعد از انجام بازديد كلي اقدام به پيكتاژ مي‌نمائيم. ابتدا لازمست در نقطه مناسبي از ابتداي خط تير انتهايي قرار داده شود. سپس در نقطه شروع دوربين تئودوليت را قرار داده و آن را از نظر تعادل بر روي سه وجه تنظيم مي‌نمائيم. سپس فردي كه در پشت دوربين قرار دارد، آنرا تا نقطه‌اي كه به صورت مستقيم و بدون مانع قابل ديد باشد، تنظيم مي‌كند و به فرد ديگري كه با او از طريق بي‌سيم در ارتباط است، علامت مي‌دهد و او نيز اقدام به ژالون‌گذاري مي‌كند. فاصله بين تيرهاي توخطي حدود 60 الي 70 متر مي‌باشد. شخصي كه پيكتاژ مي‌كند، لازم است تيرها را
(بسته به عبوري يا انتهايي بودن) بر روي كاغذ ثبت كند. همچنين فاصله بين تيرها را نيز يادداشت مي‌كند. در مواقعي كه موانعي چون دره، رود

خانه و … وجود دارد امكان عبور خط به شرح بالا نمي‌باشد و لازمست از آرايش دوبله و سوبله استفاده شود. (بسته به فاصله مورد نياز) و نيز در حالتهايي كه خط به زاويه مي‌رسد، لازمست زاويه خط برحسب درجه و با كمك دوربين مشخص و روي نقشه قيد گردد. در مسيرهاي مستقيم بعد از هر 10 تير، لازمست كه يك تير به صورت انتهايي قرار داده شود تا از فشار بر روي تيرهاي قبلي جلوگيري گردد. همچنين در زوايا لازمست از تيرهاي با قدرت كششي 600 و 800 استفاده شود. آرايش فازها نيز با توجه به طراحي مي‌تواند جناقي يا افقي در نظر گرفته شود كه اين آرايش‌ها نيز بر اساس اجرايي تشخيص، علا

ئم مخصوص به خود داشته و بايد در كنار نقشه اين علائم قيد گردد.

طراحي الكتريكي خط 20kv
منظور از طراحي الكتريكي، انتخاب سطح مقطع خط براساس توان انتقالي و حداكثر افت ولتاژ مجاز مي‌باشد. به عبارت ديگر يك هادي الكتريكي پس از آنكه از نظر عبوردادن جريان الكتريكي مورد نياز يك ناحيه مورد تاييد قرار گرفت، بايد از نظر افت ولتاژ مجاز نيز مورد بررسي قرار گيرد. در جدول زير مقادير افت ولتاژهاي مجاز آورده شده است:

حداكثر افت ولتاژ (به درصد) ولتاژ نامي و وضعيت شبكه
شبكه روستايي شبكه شهري
4%
4%
3%
1% 2%
4%
3%
1% شبكه توزيع 20kv
پست توزيع 20-0.4kv
شبكه توزيع 400 kv
انشعابات مشتركين
بنابراين براي محاسبه افت ولتاژ را داده فرض مي‌كنيم و مقطع هادي را محاسبه مي‌نمائيم (براي مسيرهاي طولاني)، و يا مقطع سيم را با توج

ه به شدت جريان مجاز مورد نياز و شدت جريان مجاز هادي انتخاب مي‌نمائيم و افت فشار را محاسبه مي‌كنيم (براي مسيرهاي كوتاه).

براي محاسبه افت ولتاژ در صورتيكه مقدار مقاومت و راكتانس مورد احتياج باشد‌، مي‌توان از راه حل زير بهره‌ برد:

مشخات بكاررفته شده در خطوط هوائي 20kv بايستي با گونه‌اي باشد كه علاوه بر وسايل الكتريكي مورد نياز استقامت مكانيكي مناسب را نيز داشته باشهاي هوايي بكاررفته در سيستم‌هاي توزيع هوائي، اغلب از جنس آلومينيوم مي‌باشند كه در صفحه‌ي بعد جدول مربوط به مشخصات اين هادي‌ها آورده شده است:

طراحي مكانيكي خط
هر خط انتقال انرژي علاوه بر داشتن مشخصات لازم براي پايداري الكتريكي بايد داراي يك سري مشخصات مكانيكي نيز باشد تا در تمام شرايط هوايي، پايداري مكانيكي خود را حفظ كند.
با توجه به مشخصات پايه‌هاي بتوني استاندارد شده شبكه 20kv ايران كه از نوع پايه‌هاي بتوني مقطع H شكل و گرد مي‌باشند و به لحاظ قدرت كششي محدود اين پايه‌ها لازم است در طراحي مقدار كششي سيم هادي نيز ضريب اطميناني براي پايه‌هاي بتوني در بدترين شرايط جوي در نظر گرفته شود. از طرف ديگر با توجه به مشخص و ثابت بودن ارتفاع پايه‌ها (به ميزان 12 و حداكثر 15 متر) فاصله‌گذاري بين پايه‌ها در عوارض مختلف زمين پروفيل طولي خط استخراج شده است (معمولاً پايه‌هاي 12 متر با اسپن متوسط 15 متر طراحي مدنظر قرار مي‌گيرد).
در طراحي مكانيكي خط با استفاده از مسيريابي بهينه جهت احداث خطوط 20kv هوايي، كليه جوانب اقتصادي، مشكلات حريم خطوط هوايي و استقامت مكانيكي پايه‌ها مد نظر قرار مي‌گيرد. لذا بعد از انجام نقشه‌برداري و پيكتاژ مسير، ارتفاع و قدرت كششي پايه‌ها با استفاده از اسپن‌ها و فاصله‌هاي مجاز هادي‌ها از زمين در گرمترين روز

سال محاسبه مي‌شودلازم به ذكر است كه كليه فواصل جهت حريم‌ها بايستي با درنظرگرفتن استاندارد وزارت نيرو رعايت گردد.

انتخاب قدرت كششي پايه‌هاي بتوني
نيروهايي كه در صفحه قائم بر پايه وارد مي‌شوند، ناشي از برآيند نيروهاي كششي سيم‌ها در دو طرف پايه مي‌باشد. نيروي وارد شده بر سيم نيز شامل بر روي وزن سيم، نيروي وزن يخ و فشار باد (شامل نيروي وارد بر پايه، مقره و سيم) خواهد بود. در پايه‌هاي توخطي برآيند نيروهايي كششي سيم در پايه نقطه مولفه قائم دارد، ولي پايه‌هاي زاويه اين نيرو مولفه افقي نيز خواهد داشت.
انتخاب مناسب پايه به لحاظ جنبه فني و اقتصادي حائز اهميت مي‌باشد. اصولاً بعد از تشكيل جداول بارگذاري و درنظرگرفتن ماكزيمم كشش ايجاد شده در بدترين شرايط و مشخص شدن اسپن و رعايت حداكثر تنش الكتريكي، تحمل و قدرت كششي پايه‌ها بر حسب كيلوگرم نيرو (kgF) محاسبه مي‌گردد. در اين طرح با توجه به محدود بودن ارتفاع پايه‌ها، فاصله‌ها و قدرت كششي پايه‌ها براي عوارض مختلف زمين فرق مي‌كند. ولي براي اسپن‌ها معادل طراحي (65m) در زمينهاي مسطح مي‌تواند محاسبه گردد. بديهي است پايه‌هاي قرارگرفته در زواياي بزرگتر از 6 الي 10 درجه با توجه به شرايط خاص خود و براساس ميزان زاويه انحراف خط مي‌باشد.
پايه‌هاي بتوني مورد استفاده شبكه‌هاي توزيع برق ايران توسط وزارت نيرو گرديده كه قدرت‌هاي موجود در آنها برحسب كيلوگرم نيرو به شرح ذيل است:
1200 - 1000 - 800 – 600 – 400 - 200
جدول تست استقامت مكانيكي براي تيرهاي 12mm2 بصورت زير مي‌باشد:
ارتفاع (m) قدرت اسمي (kgF) قدرت و مرحله كششي (kgF) مقاومت نهايي (kgF) حداكثر نيروي ارتجاعي اعمال شده (kgF)
12 200 300 600 100 96.5

12 400 600 1200 200 993
12 600 900 1500 300 289.5
12 800 1200 2000 400 386
12 1200 1800 3000 600 579

در جدول فوق قدرت اسمي و ارتجاعي تيرها و حداكثر نيروي كششي وارد از طرف سيم به تير نشان داده شده است. لازم به توضيح است در انتخاب پايه‌هاي بتوني قدرت ارتجاعي پايه‌ها براي حالتهايي مدنظر گرفته شده است

كه نيروي كشش وارده از طرف سيم‌هاي هوايي برتيرهاي بتوني موقتي و گذارا باشد. مانند شرايط حداكثر طوفاني اما در شرايط يخبندان شديد روي سيم‌ها چون نيروهاي ناشي از بارگذاري ممكن است چندين ساعت ادامه يابد، قدرت اسمي تيرها مدنظر خواهد بود.

قدرت وارده برتيرهاي توخطي (مماسي)
پايه‌هاي خطي (مماسي) مولفه قائم برآيند كششي در دوطرف پايه سوار بوده و مولفه افقي برآيند كششي سيم در دوطرف پايه مماسي تقريباً صفر بود، ولي نيروي ناشي از بار بر روي سيم و پايه توخطي قابل محاسبه خواهد بود. با توجه به حداكثر سرعت باد منطقه (40km/s) كه متعادل فشار باد 100kg/m2 مي‌باشد، مي‌توان كل نيروي افقي را كه باد از طريق پايه، سيم و مقره به تير وارد مي‌كند محاسبه و در انتخاب پايه مورد، استفاده قرار داد. رابطه كلي به شرح زير است:
نيروي باد روي مقره + نيروي باد روي سيم + فشار باد بر روي پايه = كل نيروي باد
WH = (h/H) WP + WHT + WS
WH = (h/H)(ksv) + (SW * WWXP + (PWXL * dj)

S
K

V
Sw
Ww
Pw
L
d
j سطح باد خود پايه بتوني
ضريبي كه بستگي به سطح باد خود دارد. (مقطع دايره k=0.0625 و مقطع تخت k=0.0812
سرعت باد (km/h)
اسپن بادگير
حداكثر نيروي باد روي يك متر از طول سيم
طول زنجير مثقره
قطر مقره

ضريب فضاي خالي بين مقره
نيرو در مركز ثقل پايه وارد مي‌شود. لذا اگر فاصله مركز ثقل از زمين (h) فرض شود، نيروي وارده به خط نگهدارنده (كنسول) واقع در 60 cm پايين‌تر از راس تير در اين طرح خواهد بود. لذا از ارتفاع كل پايه (H) نگهدارنده نيروي باد با ضريب h/H وارد مي‌شود.
به پايه‌هاي زاويه نيروي ديگري علاوه بر موارد فوق به شرح زير اضافه مي‌گردد كه بايستي برحسب مقدار زاويه قدرت تير موردنظر انتخاب گردد.

Ra = 2Hsinα/2
محاسبه فلش و كشش
در اجراي خطوط هوايي 20kv كه ارتفاع متوسط پايه‌ها 12m و سطح مقطع سيم‌ها بالاتر از 120mm2 و فاصله بين پايه‌ها 60 الي 80 متر باشد، در شرايطي كه سطح زمين هموار باشد، رابطه بين كشش و فلش سيم وجود دارد:
F = (S2) / 8a = ws2 / 8H
F: فلش (شكم)
W: وزن واحد طول سيم
S: فاصله پايه‌ها (اسپن‌ها)
H: كشش سيم
a: پارامتر خطا به نسبت H/W هادي مي‌باشد.

هرچه‌قدر كشش سيم بيشتر

باشد، فلش كم شده و هرچه قدر كش كم باشد، فلش بيشتر مي‌شود. مقدار كشش محدود به حداكثر كشش مجاز سيم در بدترين شرايط آب و هوايي با ضريب اطمينان خود مي‌باشد. كم بودن فلش نيز باعث نزديكي هادي به زمين در گرمترين دما در شرايط بهره‌برداري خواهد شد. لذا با تغيير دادن سه عامل: فاصله بين پايه‌ها (اسپن)، كشش سيم و فلش آن و كنترل آنها بايد مهمترين طرح استخراج گردد. بعنوان مثال در شرايطي كه عوارض زمين اجازه دهد، مانند دره‌ها، مي‌توان كشش سيم را كم نمود و با بيشترشد

ن فلش سيم، فاصله بين پايه‌ها را بيشتر نمود و اين افزايش تا جايي امكان‌پذير مي‌باشد كه اولاً فاصله مجاز سيم از زمين رعايت گردد، ثانياً در شرايط بارسنگين پايه‌ها تحمل نيروهاي وارده از سيم را داشته باشند.

محاسبه فاصله هادي‌ها از همديگر
طبق استاندارد VDE رابطه‌اي بين حداقل فاصله فازها (PC) در وسط زمين و ماكزيمم فلش سيم (D) در حداكثر درجه حرارت وجود دارد كه در شرايطي مثل بادهاي شديد و نوسانات ناشي از آزادشدن برف و يخ از روي سيم، نبايد سبب كم شدن فاصله‌ فازها در وسط اسپن و برخورد سيم‌ها در وسط دوپايه‌ گردد.

فاصله هادي‌ها از همديگر طبق رابطه زير قابل محاسبه است:

Pc: فاصله هادي‌ها ار همديگر
L: طول زنجير مقره به متر
Ue: ولتاژ خط برحسب كيلووات
Ke: ضريب ثابت براساس نوع آرايش كنسول و فاصله سيم‌ها و نوع سيم انتخابي در هر فاز كه براي آرايش افقي Ke=0.6 و براي مثلثي Ke=0.62 است.
F: فلش سيم
با در نظر گرفتن فلش سيم در حدود 2.65m و طول زنجيره مقره 2 تايي به ميزان L=0.45m حداقل فاصله افقي بين‌ هادي‌ها عبارت است از:

حفاظت شبكه‌هاي توزيع
تنظيم سيستم‌هاي خفاظتي در شبكه‌هاي توزيع بدليل اهميت تامين مصرف‌كننده‌ها از يكسو و از سوي ديگر بعلت گستردگي و وقوع مانورهاي زياد آنها مي‌بايست با دقت زياد صورت گيرد. در اين راستا مهندسين با استفاده از اطلاعات شبكه و مصرف‌كننده (جريان‌هاي نامي، جريان‌هاي اتصال كوتاه، قدرت نامي دستگا‌ه‌ها و … ) و با درنظر گرفتن وضعيت‌هاي مختلف سيستم نهايي رله‌ها و سيستم‌هاي حفاظتي را انجام دهد.

مشخصات سيستم‌هاي حفاظتي:
1. تشخيص عيب يا خطا را بتواند انجام دهد.
2. فقط در مقابل خطا حساس باشد.
3. داراي سرعت و دقت عملكرد مناسب باشد.
4. منطقه‌اي را كه خطا در آن اتفاق افتاده از شبكه ايزوله كند.
5. داراي پشتيبان حفاظتي مناسب باشد.
6. از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشد.

سيستم‌هاي حفاظتي
فيوزها:
در ميان وسايلي كه براي حفاظت ت

جهيزات الكتريكي بكار مي‌روند، فيوز جايگاه خاص،‌ بخصوص در ولتاژهاي فشار ضعيف (زير 100 ولت) دارد و بدليل قيمت ارزان، سادگي ساختمان و مكانيزم قطع كاربرد زيادي نسبت به رله‌هاي ديگر در حفاظت تجهيزات پست‌ها و تابلوهاي توزيع برق دارد.
رابطه حاكم برعملكرد فيوز:

Po: مقاومت مخصوص سيم فيوز د دماي مختلف
α: ِضريب افزايش مقاومت مخصوص
m: چگالي (g/mm)
C: گرماي ويژه فيوز
Tm: دماي مقطع ذوب سيم فيوز
To: دماي سيم فيوز در حالت عادي
S: سطح مقطع فيوز
i: جريان عبوري از سيم فيوز
Tpie: زماني كه احتياج است تا سيم فيوز، به دماي ذوب خود برسد.
زمان عملكرد براساس رابطه زير قابل محاسبه است:
tcperation= tpre + tare
tarc: مدت زماني است كه جرقه وجود دارد.
در زمان هاي فوق كه tpre>0.15 و tpre>>tarc مي‌باشد، مي‌توان topc = tpre در نظر گرفت.
پارامترهاي انتخاب فيوز:
1. جريان بار الف: جريان دائمي ب: جريان گذرا
2. خاصيت محدود كنندگي جريان اتصال كوتاه
تقسيم‌بندي فوزها برحسب كلاس كار
كلاس g: فيوزهاي عمومي (محدوده كار كافي )كه بطور مداوم باندازه جريان نامي‌شان حمل مي‌كنند و قادرند جريان‌ها را از كمترين تعداد ذوب‌كننده تا ظرفيت قطع‌كنندگي ناميِ‌شان قطع كنند.
كلاس a: فيوزهاي اختصاصي (محدوده كار جزئي )كه قادرند فقط جريان‌هاي بالاتر از يك ضريب مشخص از جريان نامي‌شان را قطع كنند.

حروف نشان‌دهنده كار

برد فيوزها:
L: حفاظت خط M: حفاظت موتور R: حفاظت يكسوكننده‌ها
رله‌هاي اضافه‌بار:
رله‌هاي فوق مسئوليت حفاط تراس را در مقابل اضافه جريان بمدت طولاني‌تر نسبت به زمان اتصال كوتاه بعهده دارند. انتخاب نوع رله و Setting آن بستگي به نوع ترنس و بار آن دارد.
رله‌هاي پرايمر:

رله‌هاي فوق داراي تنظيم جرياني و زماني مي‌باشند و مستقيماً در اوليه كليدهاي تغذيه ترانسها و بارها و در روي شين‌هاي 20kv نصب مي‌شوند. به همين جهت هنگام تعمير رله بايد تمام شين‌هاي مربوطه بي‌برق گردند.
انواع فيوزهاي فشار قوي بالاتر از 1000v:
الف: نوع كات اوت (Cat out Fuse)
ب: نوع استوانه‌اي (Power Fuse)
فيوزهاي كات اوت كه در خطوط هوائي روي تيرها و در ورودي ترانسفورماتورهاي توزيع نصب مي‌شوند متشكل از يك لوله عايق مي‌باشد كه عنصر ذوب شونده داخل آن قرار گرفته است. دربعضي از انواع يك طرفه لوله عايقي بسته است و در بعد ديگر، دو طرف لوله عايق باز است. زمانيكه فيوز لينك در اثر جريان زياد مي‌سوزد و قوس به وجود مي‌آيد، فشار حاصله قوس باعث مي‌شود كه به طرف دو انتها شود و بدين ترتيب قوس خفه مي‌شود. بمنظور سرعت بخشيدن به قطع قوس، فيوز لينك توسط مكانيزم خاصي تحت نيروي كششي فنر قرار دارد و در صورت سوختن و قطع فيوز لينك نيروي فنر باعث جدايي سريع دو قسمت‌ آزادشده فوز لينك مي‌شود و قوس زودتر خفه مي‌شود.
فيوزهاي كات اوت در جريان‌هاي اتصال كوتاه شديد خوب عمل مي‌كنند و معمولاً در حفاظت خطوط هوائي كاربرد دارند و به خاطر جلوگيري از وقوع قوس خارجي فاصله بين فازها بيشتر پيش‌بيني مي‌شود.
با توجه به اينكه در شرايط سوختن فيوز لينك سطح داخلي ديواره از مواد كربني پوشيده ميِ‌شود و به منظور جلوگيري از جريان‌هاي نشتي پس از قطع فيوز لينك، مكانيزم كات اوت طوري است كه پس از قطع فيوز لينك، لوله عايقي كه از كنتاكت‌هاي اتصال جدار جلوگيري شود و اين كار توسط نيروي فنر كه در شرايط عادي براي نگه داشتن فيوز لينك تحت تنش معيني پيش‌بيني شده، انجام مي‌شود و وقتي لوله عايقي

از كنتاكت بالايي جدا شده تحت نيروي وزن خود لولاي كنتاكت پايين آويزان مي‌ماند.
فيوزهاي نوع استوانه‌اي (Power Fuse)
اين نوع فيوزها براي حفاظت كابل‌هاي فشارمتوسط، تاسيسات الكتريكي، ژنراتورهاي با ظرفيت كمتر و ترانسفورماتورها استفاده مي‌شود. همراه با سكسيونرهاي قابل قطع و وصل بار در فيدرهاي 20kv كاربرد دارد و ويژگي آن ها اين است كه وقتي فيوز يك فاز مي‌سوزد باعث مي‌شود كه توسط ضامن پيش‌بيني شده در محل كنتاكت به مدار الكتريكي فعال شده و هر فاز را قطع كند. (سكسيونر قابل قطع و وصل زير بار توسط مكانيزم مذكور قطع مي‌شود.) و هر سه فاز قطع مي‌شود. اين فيوزها در رديف ولتاژ تا 33kv و قدرت قطع بيشتر از ظرفيت فيوزهاي كات اوت استفاده مي‌شود.

موارد كاربرد اين نوع فيوزها عبارتند از:
1. در جريان‌هاي خيلي بالا
2. در جريان‌هاي نامي با مقادير بالا
3. حوزه وسيع كاربرد، به طوريكه علاوه بر شبكه توزيع ممكن است در شبكه‌هاي فوق توزيع تيز استفاده شود.
4. معمولاً براي نصب در تاسيسات الكتريكي و در كنار تجهيزات الكتريكي پيش‌بيني مي‌شود.
انواع فيوزهاي فشار ضعيف:
1. فيوز چاقويي
2. فيوز فشار ضعيف H.R.C

3. فيوز اتوماتيك

روشهاي تنظيم ولتاژ در شبكه توزيع:
براي تنظيم ولتاژ، چندين روش متداول است كه در نقاط مختلف سيستم توزيع مي‌تواند بكاربرده شود. يعني از اين روش‌ها ولتاژ را در ابت

داي فيدر با تغييرات بار تنظيم مي‌كند و پروفيل ولتاژ را در طول فيدرها، كه باري و يا رينگ در محدوده مجاز نگه مي‌دارد، در بعضي روشهاي ديگر، امپدانس بين منبع و بار را كاهش مي‌دهد تا دامنه تغييرات ولتاژ محدود نمايند. هر روشي داراي مشخصه خاص خود مي‌باشد كه مقدار بهبود ولتاژ و هزينه ولتاژ براي هر ولت و انعطاف‌پذيري آن را نشان مي‌دهد. روشهاي تنظيم ولتاژ رايج در شبكه توزيع بطور مختصر شرح داده مي‌شود:
تنظيم ولتاژ در پست‌هاي 63/20kv طرح اقتصادي سيستم‌هاي توزيع معمولاً تنظيم ولتاژ در پست‌ها را دربر دارد. اين تنظيم توسط تيپ‌هاي قابل تغيير زير بار (OLTC) به همراه سيستم‌هاي تنظيم كننده ديگر در طرف شار ضعيف ترانس دو ماشين يا مستقيماً در ابتداي فيدرهاي خروجي قرار مي‌گيرند. لزوم يك سيستم تنظيم كننده ولتاژ در پست‌هاي 63/20kv به خاطر آنست كه از اثر تغييرات ولتاژ ورودي پست در فيدرهاي خروجي جلوگيري شود. چنانچه دامنه تغييرات ولتاژ براي اختلاف بين سرويس‌هاي مشتركين و خروجي پست ترانس باشد، تنظيم‌كننده پست قابليت كاهش افت ولتاژ را در موقع پيك به حد مجاز نمودن آن خواهد داشت.

نصب خازن موازي در انتهاي فيدر
نصب خازن موازي دوتا شين 20kv و تزريق بار راكتيو، متناسب با ولتاژ مي‌باشد. خازن‌هاي نصب شده دوتا شين 20kv معمولاً داراي قدرت زيا

د و چندوضعيتي مي‌باشند. اين خازن‌ها مجموعه‌اي سه فاز از بانك‌هاي، خازني كوچكتر از واحدهاي 50,100 و يا 25 كيلو وات ساخته شده و ظرفيت كل آنها تا چند MVAR مي‌رسد كه معمولاً در مدار معادله اهمي داده مي‌شوند. مرحله يك پله 2 يا 3 درصدي از تنظيم ولتاژ را انجام مي‌دهد.

افزايش سطح مقطع فيدرها
يكي از روشهاي اساسي كاهش افت ولتاژ در شبكه‌هاي داراي بار زياد، افزايش سطح مقطع هادي‌ها مي‌باشد كه باعث كاهش امپدانس بين منبع و مصرف‌كننده‌ مي‌گردد و بنابراين افت ولتاژ كاهش مي‌دهد، اما اين روش در زمره‌ي گرا

نبهاترين روشها مي‌باشد كه در مناطق شهري با رشد سريع‌ مصرف و فيدرهاي كوتاه مي‌تواند جمع گردد.

ايجاد تعادل بار روي فيدرها
يكي از كم‌خرج‌ترين روشهاي تنظيم ولتاژ روي فيدرها، ايجاد تعادل بار شبكه‌ توزيع اوليه و بخصوص ثانويه است، بطوريكه از هرسه فاز يك فيدر، جريان‌هاي مساوي در طول فيدر گرفته شود. علاوه افت زياد، تنظيم شدن يك فيدر نامتعادل، تلفات توان نيز در فيدر نامتعادل بيشتر مي‌باشد. همچنين ممكن است ظرفيت‌ ترانسها و وسايل ديگر شبكه اگر اضافه بار يك فاز قبل از ظرفيت نامي خود به حدغير مجاز برسد و استفاده اقتصادي از اجزاء شبكه در طول فيدر صورت گيرد و نه از خروجي فيدر از پست ناچيز در غير اينصورت عدم تعادل در قسمتهاي مختلف فيدر ممكن است عدم تعادل ولتاژ بوده تنظيم شدن ولتاژ را به همراه داشته باشد.

انتقال بار روي فيدرهاي جديد

با افزايش تعداد فيدرهايي كه يك منطقه را تغذيه مي‌كنند بارفيدر كاهش مي‌يابد و در نتيجه افت ولتاژ روي هر يك از آنها كمتر خواهد شد. اين روش در مناطقي كه داراي رشد سريع بار هستند، بسيار مناسب است، ولي از روشهاي گران قيمت تنظيم ولتاژ مي‌باشد. در طراحي شبكه‌هاي توزيع بايد پيش‌بيني گسترش بار را نمود و در نظر گرفتن آن، تعدادي فيدر رزرو را در نظر گرفت.

استفاده از خازن‌هاي موازي در طول فيدرها
اين روش يكي از معمول‌ترين و كم‌خرج‌ترين روشهاي تنظيم ولتاژ مي‌باشد كه بعلت آنكه بهبود ضريب توزيع شبكه همراه است. مزاياي ان دوطرفه مي‌باشد و اگر به صورت خازن ثابت استفاده گردد، مناسب نيست و تنظيم ولتاژ بخوبي انجام خواهد نشد و بهتر است به صورت خازن‌هاي سوئيچ‌ شونده طراحي گردد تا در بارهاي مختلف بازده‌هاي ولتاژي يا زماني بتواند مقدار خازن را بطور پله‌اي وارد مدار نمود، بطوريكه پروفيل ولتاژ در حد مجاز و مناسب باقي بماند.

مقدمه
یک شبكه انتقال بطور کلی به ما امکان می دهد تا بوسیله خطوط و کابلهای انرژی الکتریکی تولید شده را از محل تولید تا نقطه مصرف برسانیم.
با گذشت زمان سیستم های مختلفی برای انتقال انرژی بکار گرفته است که می توان آنها را از لحاظ نوع مدار سیستم، جریان و وسایل را مورد نیاز را طبقه بندی کرد.

سیستم های جریان

در حال حاضر برای انتقال انرژی الکتریکی از سه سیستم جریان استفاده می شود که عبارتند از:
سیستم سه فاز: این سه سیستم ممکن است دارای خطوط سه سیمه یا چهار سیمه باشد.
الف: خطوط سه سیمه: این خطوط در فاز متقارن ZR = ZS = ZT و در ولتاژهای متوسط زیاد مورد استفاده قرار می گیرد.
ب: خطوط چهارسیمه: درباره انتقال و ولتاژهای ضعیف از خطوط چهارسیمه استفاده می شود.

سیستم جریان متناوب: امروزه از سیستمهای جریان متناوب فقط در دو مورد استفاده می کنند:
الف: برای تغذیه وسایل برقی خانگی. وسایل صنعتی و روشنایی که معمولاً به صورت قسمتی از سیستم سه فاز مورد استفاده قرار می گیرد.
50HZ, 220V, 380V
ب: در تغذیه قطارهای برقی با فرکانس های مختلف (25HZ, 50HZ, 16.2/6HZ )

سيستم جریان مستقیم
در اواخر دهه سوم قرن بیستم، دو طریق برای انتقال انرژی به وسیله جریان مستقیم رواج پیدا کرد. یکی بوسیله یکسوکننده با فشار زیاد (از فارکس) و دیگری بوسیله استفاده از یکسوکننده های جیوه‌ای. این طرح نخستین بار در سال 1942 با ولتاژ 80KV و قدرت 16MV و طول 5KM مورد بهره برداری قرار گرفت. در همان سال کشورهای آلمان، سوئد، سوئیس و آمریکا در شبکه های انتقال از یکسوکننده جیوه‌ای استفاده کردند.
در دهه اخیر با کشف نیمه هادی ها و ساختن تریستورها از این نوع یکسوکننده ها نیز استفاده می گردد.
مزایای سیستم انتقال جریان مستقیم
الف: بررسی مسائل پایداری ضروری نخواهد بود.
ب: از زمین می توان به عنوان خط برگشت استفاده نمود.
ج: پیوست شبکه های سه فاز با ف

رکانسهای مختلف بوسیله سیستم جریان مستقیم امکان پذیر است. بدون اینکه قدرت شبکه افزایش یابد به سهولت می توان شبکه ها را بسط و توسعه داد.
د: کابلهای جریان مستقیم ارزانتر است و برای مسافت هی طولانی پست‌های وسط طراحي احتیاجی نیست.

محاسبات هر شبکه به کمک مدار معادل آن استفاده می شود. برای این منظور باید در مرحله نخست عناصر تشکیل دهنده مدار معادل خط را مورد بررسی قرار داد. در اثر عبور جریانهای متناوب از هادی های موادی در هر یک از آنها ولتاژهای خودالقائی و القای متقابل ایجاد می گردد. ضریب این ولتاژ القا شده را با L1 نمایش دهند.
هادی های موازی بعلت وجود اختلاف سطح و بار الکتریکی بین آنها به صورت هادی با ظرفيت عمل می کند.
هنگام عبور جریان از هر هادی مقداری از انرژی انتقال داده شده به انرژی حراری تبدیل می شود و به هدر می رود. این تلفات ناشی از مقاومت اهمی RL در مسیر جریان می باشد. در نتیجه عبور جریان نفوذی بسیار کم از عایق بین هادی ها و بسبب اثرات کرونا، تلفاتی بوجود می آید که آن را مدار معادل با GL مشخص می نمایند.
عناصر مزبور طوری در مدار معادل قرار داده می شوند که عملکرد آن همانند عملکرد خط انتقال انرژی باشد. شکل بالا مدار تک خطی یک خط انتقال و همچنین مدار معادل تک فازی آن را نشان می دهد.

هادی های خطوط انتقال
هادی های خطوط انتقال فشار قوی (هوایی و کابل) باد مقاطع بزرگتر از 10mm2 را بشکل طنابهای سیمی می سازند. جنس اسپن هادی ها از مس و آلومینیوم و در خطوط هوایی از مس، آلومینیوم و آلداری (آلیاژ آلومینیوم، سیلیسیم و آلومینیوم ) انتخاب می شود. طناب سیمی از یک هسته مرکزی تک رشته ای و تعداد دیگری سیم با مقاطع مساوی که روی آن به هم تابیده می شود، تشکیل یافته است.
در خطوط هوایی از دو نوع هادی طنابی

استفاده می شود. در نوع اول آنکه تمام رشته ها از یک جنس و در نوع دوم رشته از جنس های مختلف است. مهمترین نوع دوم هادی، طنابی فولاد _ آلومینیوم است و این هادی از چند رشته سیم فولادی که روی آنها رشته های متعدد آلومینیومی قرار دارد، تشكيل می شود. به دلیل کم بودن مقاومت مخصوص آلومینیوم جریان بیشتر از رشته های آلومینیومی می گذرد. در هادی های فولاد- آلومينیومی هم سطح مقطع آلومینیوم و هم سطح مقطع فولاد را مشخص می نماید.

کابل های فشار قوی
نوع ساختمان: ضوابط ساختمانی کابلها متناسب با شرایط محیطی و تحمل الکتریکی آنها می باشد. شرایط محیطی ضوابطی را جهت ساختمان جدا حفاظتی و سلاح کابل مشخص می نماید، در صورتیکه تحمل الکتریکی قطر عایق و نوع پوشش را مطرح می سازد.
برحسب کیفیت میدان الکتریکی دو نوع کابل وجود دارد: یکی کابل با میدان الکتریکی غیررادیال مثل کابلهای کمربندی و دیگری کابل با میدان الکتریکی رادیال.
متناسب با جنس عایق و مقدار ولتاژ نامی آن در کابلهای با میدان الکتریکی رادیال طبقات هادی اضافی روی عایق قرار داد تا تلفات کروما بی

ن هادی و عایق و همچنین بین عایق و روکش فلزی کاهش یابد. طبق ضوابط VDE آلمان، کابلهای فشار قوی معمولاً در شبکه های سه فازی که مرکز ستاره آن زمین نشده است، مورد استفاده قرار می گیرد. عایق بین هادی و روکش فلزی نیز طوری انتخاب شده که کابل در حالت اتصال زمین نیز صدمه‌ای نمی بیند و می تواند ساعت‌ها مورد استفاده قرار گیرد. انتخاب كابلها با توجه به ولتاژ نامی الزامات عملی و دیدگاه های اقتصادی انجام می‌گیرد.
هادی های کابلها می توانند یک رشته ای (e)، چند رشته ای (m)، مدور (r) و یا بمنظور استفاده بهتر از محیط، غیرمدور (s) باشد.