دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی برق – قدرت
عنوان :
شناخت و بررسی اجزای تلفات در شبکه های توزیع و ارائه راه حلهایی جهت کاهش آن
استاد راهنما :
دکتر محمود رضا حقی فام.
نگارش:
محمد اخوان نیاکی
آذر ۶۸۳۱
أ
ب
دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی برق – قدرت
عنوان :
شناخت و بررسی اجزای تلفات در شبکههای توزیع و ارائه راه حلهایی جهت کاهش آن
نگارش:
محمد اخوان نیاکی
۱-استاد راهنما : دکتر محمود رضا حقی فام ۲-استاد مسئول سمینار : دکتر محمود رضا حقی فام ۳-مدیر گروه : دکتر عامایی تاریخ دفاعیه :۰۱/۹/۶۸۳۱
ج
قد م :
قد م ر با م ه ا گاه ز دی یار و یاور ود د
اشااالله
د
سپاسگزاری
سپاس خدای مهربان را که اندیشهام داد.
حمد و ستایش بیقیاس خدای را سزاست که از الطاف خود در انسان دمید و او را اشرف مخلوقات خود قرار داد. حال که به لطف او توفیق تحصیل علم و کسب دانش را پیدا نمودم، از خداوند متعال میخواهم که قدمهایم را درراه خدمت به جامعه استوار گرداند تا بتوانم از آنچه در این سالها آموختهام در مسیر پیشرفت و آبادانی کشور عزیزم استفاده نمایم.
در پایان بر خود لازم میدانم از همسر مهربانم که با یاری و کمک بسیار مشوق اصلی من در این زمینه بوده و به اتفاق فرزند عزیزم حسین در دوران تحصیل همه مشکلات را با صبر و حوصله تحمل کردند صمیمانه سپاسگزاری نمایم.
ه
عنوانصفحه
چکیده1
مقدمه2
فصل اول : بررسی تلفات توان و انرژي و ارائه مدلهایی جهت محاسبه آنها
1-1 مقدمه5
2-1 تلفات توان5
1-2-1 عوامل مؤثر در تلفات توان5
2-2-1 محاسبه تلفات توان8
3-1 تلفات انرژي11
1-3-1 عوامل مؤثر در تلفات انرژي.11
2-3-1 محاسبه تلفات انرژي13
4-1 رابطه تلفات توان و انرژي15
5-1 مشخصههاي مهم مصرف15
6-1 ضریب تلفات19
1-6-1 مدل کلی ضریب تلفات19
2-6-1 چند مدل از ضریب تلفات20
7-1 تلفات در بارهاي ناپیوسته22
8-1 رابطه تلفات و انرژي مبادله شده27
1-8-1 حداقل تلفات28
2-8-1 حداکثر تلفات28
3-8-1 متوسط تلفات28
4-8-1 رابطه تلفات و انرژي انتقالی.29
9-1 ارائه مدلهاي ضریب تلفات براي محاسبه تلفات انرژي فیدرهاي 20kV استان مازندران29
1-9-1 انتخاب چند نمونه مصرف30
و
2-9-1 اطلاعات مورد نیاز جهت مدلسازي تلفات انرژي31
3-9-1 نمونهبرداري اطلاعات از فیدر 20 کیلوولت زاغمرز 321
4-9-1 محاسبه تلفات توان و انرژي در فیدر 20 کیلوولت زاغمرز 32(1)
1-4-9-1 تغییرات مقاومت هادیها33
2-4-9-1 تغییرات جریان عبوري از خط35
3-4-9-1 محاسبه تلفات انرژي35
5-9-1 منحنیهاي تلفات انرژي و توان روزانه و مقایسه آن با منحنی بار روزانه فیدر 20kV کیلوولت خط
زاغمرز 36(1)
6-9-1 مدلسازي ضریب تلفات انرژي LSF در فیدرهاي 20kV خط زاغمرز 38(1)
7-9-1 محاسبه ضرایب استاندارد ونهایی مدلهاي معتبرIEEE براي فیدر20kV زاغمرز401
8-9-1 ارائه مدلهاي جدید براي ضریب تلفات و بررسی دقت مدلهاي بدست آمده41
10-1 ارزش تلفات در شبکه42
1-10-1 عوامل مؤثر در محاسبه ارزش تلفات44
1-1-10-1 مقدار تلفات44
2-1-10-1 زمان وقوع تلفات44
3-1-10-1 ضریب بار44
4-1-10-1 ساعات بهرهبرداري44
5-1-10-1 موقعیت محلی45
6-1-10-1 وظیفه خط انتقال45
2-10-1 ویژگیهاي مصرف45
1-2-10-1 شرکتهاي تولید نیرو45
2-2-10-1 شرکتهاي توزیع برق46
3-2-10-1 شبکههاي داخلی صنایع46
3-10-1 مدل ریاضی مقدار تلفات46
1-3-10-1 تلفات دیماند46
2-3-10-1 تلفات انرژي47
ز
4-10-1 مدل ریاضی ارزش تلفات48
1-4-10-1 شرکتهاي تولید48
2-4-10-1 شرکتهاي توزیع49
3-4-10-1 شبکه داخلی صنایع49
5-10-1 ارزش تلفات در شرایط رشد بار50
1-5-10-1 رشد بار یکنواخت براي پیک51
2-5-10-1 رشد بار در سالهاي محدود52
3-5-10-1 تعیین ضرایب KP و 53KE
فصل دوم : تلفات و ارزش آن در ترانسفورماتورهای توزیع و فوق توزیع۲-۱ ارزش تلفات الکتریکی در ترانسفورماتورهای قدرت……………………………………………………………………………….٥٦۲-۱-۱ ارزش تلفات……………………………………………………………………………………………………………………………………………٥٦۲-۱-۲ ارزش حال تلفات…………………………………………………………………………………………………………………………………..٥٩۲-۱-۳ انجام محاسبات ارزش تلفات برای دوره ۰۳ ساله ……………………………………………………………………………..٦٠۲-۱-۴ انتخاب دوره برنامهریزی بهینه برای ترانسفورماتورهای پستهای توزیع………………………………………….٦١۲-۱-۵ محاسبه ارزش تلفات کل ۵ سال تعویض ترانسفورماتورهای پستهای توزیع …………………………………٦٢۲-۱-۶ نکات مورد توجه در جابجای ترانسفورماتورهای پستهای توزیع………………………………………………………٦٤۲-۲ امکانسنجی خروج و ورود موازی ترانسفورماتور در پستهای توزیع در مینیمم ارزش تلفات ………….٦٥۲-۲-۱ بهرهبرداری بهینه ترانسفورماتورهای پستهای قدرت در مینیمم ارزش تلفات………………………………٦٧۲-۲-۲ انجام محاسبات برای یک پست فوق توزیع ……………………………………………………………………………………….٦٨
فصل سوم : نقش عدم تعادل بار در تلفات شبکههای توزیع و ارائه روشهایی در جهت کاهش آن۳-۱ مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….٧٢۳-۲ اثرات سوﺀ نامتعادلی بار در شبکههای توزیع ………………………………………………………………………………………….٧٣۳-۲-۱ افزایش تلفات قدرت ……………………………………………………………………………………………………………………………..٧٣۳-۲-۲ افت ولتاﮊ در اثر نامتعادلی ……………………………………………………………………………………………………………………٧٣
ح
۳-۲-۳ خطرات ناشی از جریاندار شدن سیم نول…………………………………………………………………………………………٧٣۳-۳ محاسبه تلفات ناشی از نامتعادلی بار……………………………………………………………………………………………………….٧٣۳-۴ روشهای توزیع بار بر روی فازهای سهگانه در شبکههای توزیع……………………………………………………………٧٤۳-۴-۱ استفاده از قدرت قراردادی مشترکین …………………………………………………………………………………………………٧٤۳-۴-۲ استفاده از روش مشترک شماری………………………………………………………………………………………………………..٧٥۳-۴-۳ استفاده از روش …………………………………………………………………………………………………………………………. Pave٧٥۳-۵ توزیع انرﮊی در شبکههای نامتعادل…………………………………………………………………………………………………………٧٥۳-۵-۱ شبیهسازی مدار اولیه……………………………………………………………………………………………………………………………٧٥۳-۵-۲ مروری بر روابط……………………………………………………………………………………………………………………………………..٧٨۳-۶ بررسی روشهای سنتی……………………………………………………………………………………………………………………………….٧٩۳-۶-۱ ایجاد تعادل بار تا حد امکان ………………………………………………………………………………………………………………..٨٠۳-۶-۲ تأثیرات زمین کردن نول شبکه……………………………………………………………………………………………………………٨١۳-۷ مدلسازی شبکه توزیع ……………………………………………………………………………………………………………………………….٨٢۳-۸ شاخصه عدم تعادل در شبکههای توزیع………………………………………………………………………………………………….٨٤۳-۹ تبیین روشی جهت کاهش عدم تعادل بار در شبکههای توزیع ……………………………………………………………٨٤۳-۹-۱ سیستم کنترل در روش پیشنهادی…………………………………………………………………………………………………….٨٤۳-۹-۲ محاسبه مقدرا بار کنترلی ………………………………………………………………………………………………………… (Zct)٨٤۳-۹-۳ انتخاب یک الگوی تغییربار…………………………………………………………………………………………………………………..٨٥۳-۹-۴ محاسبه مقادیر عددی پارامترهای سیستم مورد مطالعه………………………………………………………………….٨٦۳-۰۱ تبیین روش جهت متعادلسازی ولتاﮊ با جبرانساز خازنی به منظور کاهش تلفات………………………….٨٦۳-۰۱-۱ تئوری حل مسئله ………………………………………………………………………………………………………………………………٨٧۳-۰۱-۲ مطالعه عددی ……………………………………………………………………………………………………………………………………..٨٨
فصل چهارم : تلفات راکتیو در شبکه
۴-۱ مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….٩١
۴-۲ بررسی اقتصادی نصب خازن در شبکههای توزیع………………………………………………………………………………….٩٢
ط
۴-۳ مزایای خازنگذاری در چاههای کشاورزی………………………………………………………………………………………………٩٦۴-۴ منافع اقتصادی حاصل از نصب خازن………………………………………………………………………………………………………٩٦
فصل پنجم : تلفات انرﮊی الکتریکی ناشی از سایر عوامل۵-۱ تلفات انرﮊی در اثر اتصالات سست و فرسودگی اجزای شبکه………………………………………………………………٩٨۵-۱-۱ اتصالات…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..٩٨۵-۱-۱-۱ اتصالات ایستا یا ثابت …………………………………………………………………………… :(Stationary Contact)٩٩۵-۱-۱-۲ اتصال لغزشی ………………………………………………………………………………………………..:(Sliding Contact)٩٩۵-۱-۲ ویژگیهای اتصالات ثابت ……………………………………………………………………………………………………………………….٩٩۵-۱-۳ مقاومت نقاط اتصال……………………………………………………………………………………………………………………………١٠٠۵-۱-۳-۱ انواع اتصالات از نقطهنظر شکل اتصال عبارتند از:……………………………………………………………………..١٠٠۵-۱-۴ اثر عبور جریان الکتریکی در اتصالات ………………………………………………………………………………………………١٠١۵-۱-۴-۱ اثر دینامیکی اتصالات:…………………………………………………………………………………………………………………..١٠٢۵-۱-۵ محاسبه افزایش تلفات توان و انرﮊی ناشی از اتصالات در شبکه فشار ضعیف و فشار متوسط ….١٠٢۵-۲ تلفات انرﮊی ناشی از کابل سرویس مشترکین …………………………………………………………………………………….١٠٤۵-۳ تلفات ناشی از خطای کنتورها……………………………………………………………………………………………………………….١٠٤۵-۳-۱ محاسبه افزایش تلفات انرﮊی ناشی از خطای کنتورها …………………………………………………………………..١٠٥۵-۴ هارمونیکهای مزاحم و اثرات آنها در شبکه…………………………………………………………………………………………..١٠٥۵-۴-۱ اثرات هارمونیکها در شبکه ………………………………………………………………………………………………………………..١٠٥۵-۴-۲ ارتباط بین هارمونیک ولتاﮊ و جریان………………………………………………………………………………………………..١٠٦۵-۴-۳ منابع تولید کننده هارمونیکها …………………………………………………………………………………………………………..١٠٧۵-۵ تلفات بخش مصرف کنندگان ………………………………………………………………………………………………………………..١٠٧۵-۶ نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………………………………..١٠٨منابع و ماخذ …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۹۰۱فهرست منابع فارسی……………………………………………………………………………………………………………………………………….۹۰۱فهرست منابع لاتین …………………………………………………………………………………………………………………………………………۰۱۱
ی
چکیده انگلیسی………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۱۱۱
ک
فهرست جدول ها
عنوانصفحه
جدول (۱-۱) تغییرات تلفات توان برای مقادیر معینی از توان انتقالی…………………………………………………………۱۱جدول (۱-۲) برخی از مشخصات عمده خط توزیع و مقادیر انرﮊی مبادله شده و تلفات خط ………………….۵۲جدول (۱-۳) دامنه تغییرات ضریب تلفات در بارهای غیرنرمال …………………………………………………………………..۶۲جدول (۱-۴) متوسط بار نسبی ۴۲ ساعته در چهار نمونه مختلف مصرف………………………………………………….۶۲جدول (۱-۵) ضریب بار و ضریب تلفات در نمونههای مورد مطالعه (درصد)………………………………………………۷۲جدول (۱-۶) مقایسه بین تلفات توان محاسباتی و واقعی……………………………………………………………………………..۵۳جدول (۱-۷) تغییرات ۴۲ ساعته توان، انرﮊی، تلفات توان و تلفات انرﮊی در فیدر زاغمرز ۱…………………..۷۳جدول (۱-۸): ضریب بار و ضریب تلفات روزانه برای ۰۱ روز نمونه در فیدر زاغمرز ۱………………………………۰۴جدول (۱-۹) ضرائب استاندارد (k,x,a)IEEE برای ۰۱ روز نمونه در فیدر زاغمرز ۱………………………………..۳۴جدول (۱-۰۱) مقادیر نهایی ضرائب استاندارد (k,x,a ) IEEE برای مصارف مختلف در استان مازندران..۱۴جدول (۱-۱۱) مدلهای ساده شده نهایی برای یک فیدر مختلط (زاغمرز ۱)……………………………………………..۱۴جدول (۱-۲۱) دقت مدلهای ارائه شده در جدول (۱-۱۱)……………………………………………………………………………۲۴جدول (۱-۳۱) درصد خطای مدلهای استاندارد LEEE برای فیدرهای استان مازندران …………………………..۲۴جدول (۱-۴۱) مربوط به رشد بار محدود………………………………………………………………………………………………………..۴۵جدول (۲-۱) محاسبه ضرائب متوسط بار با ولتاﮊهای ۳۶ و ۰۲ …………………………………………………………………..۸۵جدول (۲-۲) محاسبه تلفات دیماند پیک براساس اطلاعات آماری از سال ۵۷۳۱ تا ۴۸۳۱…………………….۸۵جدول (۲-۳) تغییرات بار ترانسفورماتور KVA ۰۰۴ هوائی در ده سال ……………………………………………………..۱۶جدول (۲-۴) ظرفیت، تلفات و قیمت فروش آزاد چند نوع از ترانسفورماتورهای ساخت ایران ترانسفور…۲۶جدول (۲-۵) محاسبات سوددهی خالص با روش تغییر دروه برنامهریزی ده ساله به دوره ۵ ساله………….۳۶جدول (۲-۶) مشخصات فنی ترانسفورماتورهای قدرت شرکت ایران ترانسفو……………………………………………..۸۶جدول (۲-۷) نقاط کار موازی نمودن در مینیمم تلفات و مینیمم ارزش تلفات…………………………………………۹۶جدول (۳-۱) اطلاعات پخش بار شبکه نمونه در حالت تعادل بار ………………………………………………………………..۹۷
ل
جدول (۳-۲) نتایج بخش بار شبکه نمونه در حالت عدم تعادل بار ……………………………………………………………..۹۷جدول (۳-۳) پخش بار شبکه نمونه در حالت تعادل بار در گره ۴ ………………………………………………………………۱۸جدول (۳-۴) پخش بار شبکه نمونه با زمین کردن نول با مقاومت صفر……………………………………………………..۱۸جدول (۳-۵) پخش بار شبکه نمونه با زمین کردن نول با مقاومت یک اهم……………………………………………….۲۸جدول (۳-۶) حدود مجاز درصد عدم تعادل ولتاﮊ ………………………………………………………………………………………….۴۸جدول (۳-۷) مقادیر بار کنترلی و بارهای متغیر…………………………………………………………………………………………….۶۸جدول (۳-۸) صفر کردن ولتاﮊ نول در باس ۷ ………………………………………………………………………………………………..۸۸جدول (۳-۹) صفر کردن ولتاﮊ نول در باس ۷ ………………………………………………………………………………………………..۹۸جدول (۵-۱) اطلاعات مربوط به شبکه فشار متوسط …………………………………………………………………………………۳۰۱جدول (۵-۲) اطلاعات مربوط به شبکه فشار ضعیف…………………………………………………………………………………..۳۰۱
م
فهرست شکلها
عنوانصفحه
شکل (۱-۱) منحنی تغیرات بار۴۲ ساعته دو مصرف کننده فرضی با پیک بار و انرﮊی یکسان………………..۲۱شکل(۱-۲) دیاگرام تک خط فیدرkv ۰۲ زغمرز(۱)………………………………………………………………………………………۱۳شکل(۱-۳) دیاگرام تک خطی نحوه نصب دستگاههای هوشمند زغمرز(۱)……………………………………………….۲۳شکل ( ۱-۵): منحنی تغییرات توان اکتیو متوسط ساعتی فیدر زاغمرز (۱) ………………………………………………۷۳شکل (۱-۶): منحنی تغییرات انرﮊی مصرفی ساعتی فیدر زاغمرز (۱) ………………………………………………………..۸۳شکل (۱-۷): منحنی تغییرات تلفات توان ساعتی فیدر زاغمرز (۱)……………………………………………………………..۸۳شکل (۱-۸): منحنی تغییرات تلفات انرﮊی ساعتی فیدر زاغمرز (۱) …………………………………………………………..۸۳شکل(۱-۴) دیاگرام برداری ولتاﮊوجریان درشبکه اهمی………………………………………………………………………………..۴۷شکل (۳-۱) شمای شبکه شبیهسازی شده …………………………………………………………………………………………………….۶۷شکل (۳-۲) تغییرات ولتاﮊ نقطه بار …………………………………………………………………………………………………………………۶۷شکل (۳-۳) تغییرات جریان نول ……………………………………………………………………………………………………………………..۷۷شکل (۳-۴) تغییرات ولتاﮊ نول در نقطه بار…………………………………………………………………………………………………….۷۷شکل (۳-۵) نمودار برداری شبکه نامتعادل …………………………………………………………………………………………………….۹۷شکل (۳-۶) دیاگرام مداری شبکه توزیع چهار سیمه مورد مطالعه ……………………………………………………………..۳۸شکل (۳-۷) بلوک دیاگرام سیستم کنترل………………………………………………………………………………………………………۴۸شکل (۳-۸) بانک خارنی متعادل ساز………………………………………………………………………………………………………………۷۸شکل (۵-۱) جهت جریان هارمونیکی……………………………………………………………………………………………………………۷۰۱
ن
چکیده
با توجه به توسعه سریع و روزافزون صنعت در جهان معاصر، مـسئله تـامین انـرﮊی موردنیـاز مـشترکین از اهمیت خاصی برخوردار می باشد لذا با افزایش تراکم مصرف در شـهره ا و منـاطق صـنعتی مـسائل فنـی و اقتصادی بسیاری را برای طراحان و بهرهبرداران سیستم به وجود مـی آیـد. از جملـه مـسائل فنـی، تلفـات انرﮊی در شبکه های انتقال و توزیع میباشد که باعـث مـیشـود ظرفیـت نیروگـاهی زیـادی تلـف شـود و
هزینههای زیادی بر دوش جامعه سنگینی کند.
بیتردیدکاهش تلفات بدون آگاهی از اجزای تلفات و میـزان تـاثیر عوامـل مختلـف در آن میـسر نیـست،
راه حلهایی که برای کاهش هر یک از اجزای تلفات مورد استفاده قرار میگیرد، متفاوت است. کاهش تلفات ناشی از گردش توان راکتیو در شبکه، کاهش تلفات ﮊولی، نشتی جریان، استفاده غیرمجاز ا ز بـرق و … هـر یک راه حل جداگانه و خاص خود را میطلبد. بدیهی است شناسایی کم و کیف خود این اجزاﺀ نیز میتوانـد پیش درآمد توسط به راهحلهای مناسب باشد.
در این سمیناراز اطلاعاتی که از بخش توزیع وشرکتهای مشاوره ای استان مازندران بدسـت آمـده مـوارد اتلاف انرﮊی دربخش توزیع شناسائی شده است و با الهام ازتجربه کشورهای دیگر روش های کـاهش اتـلاف انرﮊی در ایران ارائه گردیده است.
کلمات کلیدی: کاهش تلفات، ترانسفورماتور، شبکه های توزیع
١
مقدمه
امروزه با پیشرفت روز افزون جامعه و نیاز شدید به انرﮊی الکتریکی و محدودیت وهزینـه بـ الای تولیـد آن، صنعت برق را بر آن داشت تا برای صرفه جوئی سرمایه گذاری وکاهش اتلاف انرﮊی در بخش های مختلـف
به بررسی دقیق پرداخته است.
به دلایل مختلفی که در ادامه آورده شده است (مهمترین این دلایل، بالا بودن جریان در سیستمهای توزیع میباشد)، تلفات انرﮊی در بخش توزیع بیشتر از سیستمهای انتقال انرﮊی میباشد و براساس بررسیهای به عمل آمده مشخص شده است که بیش از ١٠ الی ١٥ درصد انرﮊی تولیدی توسط نیروگاهها در شبکههای توزیع تلف میشود، براین اساس و به لحاظ گرایش جهانی به صرفهجویی در مصرف انرﮊی و ملاحظات زیستمحیطی ک اهش تلفات در سیستم توزیع انرﮊی الکتریکی در سنوات اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته است.
باید توجه داشت که میزان تلفات انرﮊی الکتریکی به عوامل متعددی از جمله ساختار و آرایش شبکه، طول و سطح مقطع خطوط، نحوه توزیع بار بین خطوط، ضریب توان و میزان قدرت راکتیو، میزان عدم تعادل بار، کیفیت اتصالات و قطعات و اجزای سیستم و … بستگی دارد.
بدیهی است شناخت درست کیفیت و میزان تاثیر هر یک از این عوامل در مقدار تلفات، پیشنیاز هر طرح و اقدام عملی در راستای کاهش تلفات است. مطالعه و ارائه راهکارهای عملی در ارتباط با تجدید آرایش سیستم توزیع، کنترل و جبران توان واکنشی و خازنگذاری، متعادل نمودن بار و … نمونههایی از تلاشهای گسترده با اهدافی نظیر ارتقاﺀ ضریب اطمینان و تداوم سرویس، بهبود کیفیت توان و بالاخص کاهش تلفات میباشدعلیرغم. سادگی بحث محاسبه تلفات که در رابطه RI 2 تجلی مینماید، به دلیل وابستگی تلفات به عوامل متعدد نظیر آنچه در بالا به آن اشاره شد و نیز عوامل دیگری مثل تغییر مقدار مقاومت تحت تاثیر عوامل جوی، درجهحرارت محیط، تابش خورشید، گرمای ناشی از عبور جریان، تغییر بار و … بررسی و مدلسازی تلفات برای دستیابی به نتایج واقعبینانه کار دشوار و در عین حال مفید و ضروری است. با توجه به همین امر این نکته نیز روشن میشود که چرا با وجود اینکه موضوع بررسی، مدلسازی و کاهش تلفات انرﮊی از اوایل قرن گذشته مطرح بوده است، این موضوع همچنان از مباحث علمی و تحقیقی روز به شمار میآید. به دلیل ماهیت متفاوت مصرف و نیز شرایط خاص محیطی در نقاط مختلف شبکه، اکتفا به روابط تئوریک و نیز دستیابی به یک مدل جامع به سادگی میسر نیست و این موضوع در تفاوت چشمگیر بین مقادیر محاسبه شده تلفات با مقادیر اندازهگیری شده آن که بعضاﹰ تا میزان صددرصد اختلاف دارد خود را نشان میدهد. بدینلحاظ تکیه بر مدلهای موجود و کاربرد آنها برای شبکههای توزیع به ویژه برای خطوطی که دارای ضریب بار پایین هستند و یا در شرایطی خاص بهرهبرداری میگردند توام با خطای زیاد و موجب نتیجهگیریهای نادرست خواهد بود.
براین اساس به دلیل اهمیت مسئله تلفات در شبکههای توزیع، نتایج بررسی، اندازهگیری و مدلسازی تلفات شبکه توزیع استان با لحاظ کردن ویژگیهای خاص خود میتواند علاوه بر ارائه راهکارهای کاهش تلفات، روشنگر و راهگشای پارهای دیگر از امور از جمله مسئله تجدیدنظر در بارگذاری خواهد بود. علیرغم اهمیت این موضوع در کشور ما تاکنون بررسی دقیق و مستند به نتایج اندازهگیری در حد لازم انجام نگرفته است.
٢
آنچه که در حال حاضر از آن به عنوان تلفات نام برده میشود متوسط تلفات انرﮊی در یک دوره مشخص میباشد و کلیه اجزای شناخته شده و شناخته نشده را دربرمیگیرد و در خصوص تفکیک اجزاﺀ تلفات و نقش آنها از شفافیت لازم برخوردار نیست.
سمینارحاضر به هر دو این مقولههای مهم یعنی شناخت اجزای مختلف و ارائه روشهای اصولی در راستای کاهش آنها میپردازد.
٣
فصل اول
بررسی تلفات توان و انرﮊی و ارائه مدلهایی جهت
محاسبه آنها
٤
۱-۱ مقدمه
با اینکه سعی و تلاش کلیه مسئولین شبکههای برقرسانی در کاهش تلفات میباشد، اما درصد قابل توجهی از توان و انرﮊی تولیدی نیروگاهها در حدفاصل تولید تا مصرف به هدر میرود که حدود ٨٠ درصد
این تلفات سهم خطوط انتقال و توزیع نیرو میباشد.
گرچه محاسبه تلفاتتوان و انرﮊی ظاهراﹰ کار سادهای به نظر می رسد اما در عمل تغییرات مقاومت و
جریان عبوری از هادیها باعث میشود که حتی استفاده از رابطه ساده R.I 2 که برای محاسبه تلفات توان بکار گرفته میشود به راحتی عملی نباشد چون در این رابطه R و I هر دو متغیر بوده و مضافاﹰ به اینکه مقاومت R ضمن اینکه به درجهحرارت محیط وابسته میباشد، به مقدارI نیز ارتباط دارد یا به عبارت دیگر
حتی اگر درجهحرارت محیط ثابت در نظر گرفته شود باز هم نوساناتI تغییراتR را در پی خواهد داشت، که این وابستگی باعث پیچیدگی محاسبه تلفات توان در خطوط انتقال و توزیع نیرو میگردد. محاسبه تلفات انرﮊی ضمن اینکه مشکلات مشابه تلفات توان را دارا میباشد به تغییرات جریان در طول شبانهروز، هفته،… نیز وابسته میباشد که در نتیجه بر مشکلات محاسبات افزوده میگردد، لذا لازم است از طریق مدلسازیهای مختلف نسبت به رفع این کاستیها اقدام نمود. ]١[
۱-۲ تلفات توان
تلفات توان یا قدرت در یک خط انتقال یا توزیع نیرو که مقاومت هادیهای هر فاز آنR و جریان عبوری از آنها I باشد، از طریق رابطه ساده زیر بدست میآید:
(١-١)PL P 3 R.I 2
مسلماﹰ در صورتی که مقادیر جریان و مقاومت هادیها در دست باشند محاسبه تلفات توان کار سادهای است، اما در عمل تغییرات شرایط محیطی سبب میشوند تا مقاومت هادیها نیز دچار تغییر شوند، لذا پرسشی که در اینجا مطرح میگردد این است که:
مقاومت هادیها باید برای چه درجهحرارتی محاسبه گردد؟
در خطوط انتقال و توزیع نیرو که درجهحرارت هادیها تحت تأثیر درجه حرارت محیط، تابش مستقیم خورشید و جریان الکتریکی عبوری از آن، تغییر میکند، تا حدودی نمیتوان به سادگی به این پرسش پاسخ داد، چون اگر درجهحرارت محیط و افزایش درجه هادیها تحت تابش مستقی م خورشید در دست باشد، محاسبه تأثیرگذاری جریان عبوری از هادیها در مقدار مقاومت آنها قدری مشکل است، بنابراین لازم است قبل از ارائه مدلهای مناسب جهت محاسبه تلفات توان و انرﮊی در خطوط انتقال و توزیع نیرو این
عوامل و تاثیر آنها در تلفات انرﮊی مورد بحث و بررسی قرار گیرد. ]٢[
١-٢-١ عوامل مؤثر در تلفات توان
یکی از عوامل مهم و موثر در محاسبه تلفات انرﮊی خطوط شبکههای برقرسانی آگاهی از مقدار تلفات توان در ساعات پیک مصرف میباشدگرچه. ساعات پیک مصرف برق در شبکه سراسری برق در ساعات اولیه شب میباشد، اما این قاعده در کلیه مناطق یا شبکههای توزیع یا خطوط انتقال صادق نیست. به
٥
عنوان مثال ساعات پیک بار پستهای توزیع تأمینکننده مشترکین خانگی در ساعات شب و پستهای
تغذیهکننده مناطق صنعتی عموماﹰ در ساعات روز میباشند.
تلفات توان در ساعات پیک شبکه سراسری برق باعث کاهش ظرفیت مفید نیروگاهها میگردد، به عبارت دیگر آن دسته از مصرفکنندگان که دارای تلفات بالاتری در ساعات پیک شبکه سراسری برق میباشند زیان بیشتری را بر شرکتهای برق تحمیل میکنند. لذا برحسب اینکه پیک مشترکین برق در ساعات پیک شبکه باشند یا نباشند میتواند در تصمیمگیری روشهای مناسب اصلاح شبکه و کاهش تلفات مؤثر باشند.
البته این مطالب دلیل بر کم اهمیت بودن تلفات مشترکینی که در ساعات پیک شبکه سراسری برق حضور ندارند نمیباشد، اما زیانی که تلفات در ساعت پیک بر شرکتهای برق تحمیل میکند بیش از دیگر ساعات میباشد.
در یک هادی یا در یک خط انتقال یا توزیع نیرو تلفات توان تابعی است از مقاومت و جریان الکتریکی
عبوری از آن میباشد. اما این به آن مفهوم نیست که تلفات توان در خطوط کاملاﹰ مشابه یکسان باشد.
برای روشن شدن مطلب موارد زیر مورد بحث و بررسی قرار میگیرد.
آیا تلفات توان دو خط KV٢٠ مشابه (هادی، طول و توان انتقالی مساوی) برابرند؟
در بسیاری موارد وقتی تلفات دو خط یا دو شبکه مورد مقایسه قرار میگیرد بسیاری از مهندسین وقتی توان انتقالی از آنها برابر باشند، گمان میکنند تلفات توان آنها تقریباﹰ با هم برابر است. اما در این قسمت این سئوال مطرح میشود که آیا تلفات توان دو خط کاملاﹰ مشابه که دارای پیک بار و هادیهای مشابهی باشند برابر است؟ اگر مقایسه نسنجیده انجام گیرد تلفات توان این دو خط ظاهراﹰ با هم برابر میباشد.
در یک خط انتقال یا توزیع نیرو تلفات توان تابعی از توان انتقالی، مقاومت هادیها، ولت اﮊ خط و ضریب قدرت میباشد که در رابطه زیر خلاصه میگردد.
(١-٢))2PPL P R (U . cos.
در این رابطه cosc ضریب قدرت مصرف، U ولتاﮊ نامی، P پیک بار انتقالی وR مقاومت هادی برای کل طول خط در درجهحرارت هادی و PL تلفات توان میباشد. همانطور که این رابطه نشان میدهد فرض یکسان بودن توان انتقالی در دو خط کاملاﹰ مشابه دال بر برابر بودن تلفات توان آنها نمیباشد. چون عوامل دیگری نیز در رابطه دخالت دارند که ذیلاﹰ به اختصار به آنها اشاره میگردد. ]٢[
• ولتاﮊ معمولاﹰ وقتی هدف محاسبه تلفات توان در یک خط انتقال مثلاﹰ ٦٣ کیلوولت باشد، در اغلب موارد رقم ٦٣
که در حقیقت ولتاﮊ نامی میباشد، در محاسبات مورد استفاده قرار میگیرد، حال آنکه در عمل ولتاﮊ خط ممکن است بیشتر یا کمتر از مقدار نامی خود باشد. لذا در دو خط انتقال کاملاﹰ مشابه که توان معینی را منتقل میکنند، اگر ولتاﮊ یک خط مثلاﹰ ٥ درصد کمتر از ولتاﮊ نامی باشد، تلفات توان آن خط حدود ١١ درصد افزایش مییابد که میتواند یکی از عوامل مهم در نابرابر نمودن تلفات توان در دو خط مشابه باشد.
در حال کلی وقتی توان انتقالی ثابت فرض شود، اگر ولتاﮊ خط از Un به U تغییر کند، تلفات Ku برابر میشود که مقدار آن از رابطه زیر به دست میآید.
٦
(١-٣))2UnKu K (Uدر این رابطه مقادیر ضریب قدرت و مقاومت هادیها در هر دو حالت یکسان در نظر گرفته شده است. ]١[
• ضریب قدرت
برایانتقال توان اکتیو یکسان، ضریب قدرت می تواند ارقام مختلفی را به خود اختصاص دهد، طبیعی است هرچه ضریب قدرت کمتر باشد، جریان بیشتر از هادیها عبور میکند که این عامل باعث افزایش
تلفات توان درمیگرددصورتی.که توان انتقالی راثابتفرض کنیم با تغییر ضریب قدرت ازمقدار Cos O1 به Cos O2 تلفات به اندازه Kp برابرتغییرمیکند که مقدار آنرا میتوان از رابطه زیر بهدست آورد.(١-٤))2Cos CO1Kp K (Cos CO2در این حالت نیز ولتاﮊ و مقاومت هادیها در هر دو حالت یکسان در نظر گرفته شده است. ]١[
• مقاومت هادی مقاومت هادی تابع درجهحرارت آن میباشد و درجهحرارت هادی تحت تأثیر درجهحرارت محیط، تابش
خورشید و جریان الکتریکی افزایش مییابد. بنابراین اگر جریان عبوری از هادیها ثابت هم در نظر گرفته شود، باز هم درجهحرارت هادیها تحت تأثیر درجهحرارت محیط و تابش خورشید که برحسب موقعیت جغرافیایی منطقه و زمان وقوع پیک بار (شب یا روز) متفاوت میباشد، تغییر میکند.
این عامل میتواند باعث تغییر تلفات توان در دو خط کاملاﹰ مشابه گردد. به عبارت دیگر تلفات دو خط کاملاﹰ مشابه برحسب اینکه در شهر اهواز، یا بندرعباس یا تبریز و یا اردبیل واقع شده باشد متفاوت است.
تأثیر درجهحرارت هادی در مقدار مقاومت هادی را میتوان از رابطه زیر بدست آورد.
البته مقاومتی که از این طریق بدست میآید مقاومتDC میباشد، البته برای مقاطعی معادل هادیهای متداول در شبکههای انتقال نیرو تفاوت مقاومتهایDC و AC زیاد نمیباشند، بنابراین برای مقاومت AC
میتوان تقریباﹰ از رابطه زیر استفاده نمود.
(١-٥)(M M tcRc R Ro.(M M toدر این رابطهRc مقاومت هادی در درجهحرارت محیط، Ro مقاومت اولیه هادی در درجهحرارت to و
مقادیر to و tc به ترتیب درجهحرارت هادی در حالت اولیه و حالت ثانویه برحسب سانتیگراد میباشد و همچنین M ثابت هادی میباشد که مقدار آن برای هادی آلومینیوم فولاد برابر ٢٢٨ میباشد.
همانطور که این رابطه نشان میدهد مقاومت هادی در یک شب زمستان که درجهحرارت هادی مثلاﹰ ٥-
درجه سانتیگراد میباشد، در مقایسه با یک روز گرم تابستان که درجهحرارت هادی به حدود مثلاﹰ ٦٠ درجه سانتیگراد میرسد با( احتساب درجهحرارت محیط و افزایش درجهحرارت هادی در اثر عبور جریان الکتریکی و تابش خورشید) حدود ١/٢٩ درصد افزایش مییابد که به همین نسبت تلفات توان نیز برای انتقال توان یکسان افزایش مییابد. این مطالب نشان میدهد که تلفات توان حتی برای انتقال باری
٧
با توان، ولتاﮊ و ضریب قدرت مشابه در طول ساعات مختلف سال متفاوت میباشد و طبیعتاﹰ برحسب اینکه محل نصب خط انتقال یا توزیع نیرو در کدام شهر باشد این تفاوت ممکن است بیشتر باشد. ]١[
• اثر مجموع بنابراین صرف یکسان بودن دو خط یا دو شبکه دال بر برابر بودن تلفات توان آنها حتی برای انتقال توان
اکتیو انتقالی یکسان نمیباشد. جدول (١-١) تلفات توان یک خط انتقال مشخص را که همواره دارای پیک بار اکتیو یکسانی میباشد را در حالات مختلف نشان میدهد. همانطور که ارقام این جدول نشان میدهند برحسب اینکه مقادیر به ولتاﮊ، ضریب قدرت و مقاومت هادیها چه باشد، حتی برای انتقال توان اکتیو یکسان تلفات توان تقریباﹰ تا دو برابر حالت پایه افزایش مییابد.
آیا وقتی تمامی پارامترهای فنی یکسان باشند تلفات توان برابر است؟
با توجه به آنچه گفته شد اگر در دو خط کاملاﹰ مشابه توان انتقالی، ولتاﮊ، ضریب قدرت و مقاومت هادیها برابر باشند، تلفات توان این دو خط در لحظه پیک بار با هم برابر است. اما زمان وقوع پیک بار نیز دارای اهمیت زیادی است، به عبارت دیگر صرف برابر بودن تلفات توان در دو خط یا دو شبکه مشابه به مفهوم همارزش بودن تلفات توان در آن دو نمیباشد، چون ممکن است در یک خط، زمان عبور پیک بار و در نتیجه ماکزیمم تلفات توان در ساعات پیک شبکه سراسری برق و در خط دیگر در ساعات کمباری باشد.
در چنین حالت ممکن است کاهش تلفات در یک خط از نظر اقتصادی مقرون به صرف باشد اما در خط کاملاﹰ مشابه دیگر صرفه اقتصادی وجود نداشته باشد. ]١[
جدول (١-١) تغییرات تلفات توان برای مقادیر معینی از توان انتقالیولتاﮊ نامی درصدضریب قدرت مصرفدرجهحرارت هادی، سانتیگرادتلفات نسبی توان درصد١٠٠٠٠/١٠١٠٠١٠٠٠٠/١٢٠١٠٨١٠٠٩٠/٠٤٠١٤٠١٠٠٨٠/٠٦٠١٨٠٩٥٠٠/١٠٠١١٠٩٥٠٠/١٢٠١١٨٩٥٩٠/٠٤٠١٥٠٩٥٨٠/٠٦٠١٩٠
١-٢-٢ محاسبه تلفات توان
برای ارزیابی تلفات توان در هر شبکه برقرسانی لازم است مقدار آن در اجزای مختلف شبکه مورد بررسی قرار گیرد برا ی محاسبه تلفات توان در خطوط انتقال یا توزیع نیرو ترانسفورماتورها یا سایر تجهیزات میتوان از روشهای مختلفی استفاده نمود که ذیلاﹰ به طور اختصار به چند مورد از آنها اشاره میگردد.
• تلفات ﮊول در هادیها برای محاسبه تلفات ﮊول در هادیهای خطوط انتقال یا توزیع نیرو میتوان از روابط کلی زیر استفاده نمود.
٨
(١-٦))2P) .1000 R.LPLU .Cos CONC .N Sدر این رابطه:
:PL توان تلف شده، کیلووات
:L طول خط انتقال، کیلومتر
:R مقاومت هادی، اهم بر کیلومتر
:NC تعداد مدارهای خط انتقال
:NS تعداد هادیهای فرعی در هر فاز
😛 قدرت انتقالی برحسب مگاوات
:U ولتاﮊ خط برحسب کیلوولت
: Cos O ضریب قدرت
به کمک این رابطه میتوان با آگاهی از توان انتقالی، تلفات توان را محاسبه نمود. همانطور که این رابطه نشان میدهد با افزایش قطر و تعداد هادیها در هر فاز و تعداد مدارها میتوان تلفات توان را برای انتقال توان یکسان کاهش داد. به همین دلیل در بسیاری موارد از خطوط انتقال باندل یا چندمداره استفاده
میشودگرچه. تلفات توان باعث تحمیل خسارت بر شرکتهای برق میشود اما معمولاﹰ در شرکتهای
برقرسانی کاهش مقدار تلفات توان در ساعات پیک بار از اهمیت بیشتری برخوردار است. ]١[
• تلفات توان در ترانسفورماتورها معمولاﹰ سازندگان ترانسفورماتورها، مقادیر تلفات بارداری و بیباری ترانسفورماتورها را در بار نامی محاسبه
و به عنوان اطلاعات اولیه در اختیار خریداران قرار میدهند. تلفات بیباری تقریباﹰ مستقل از بار بوده و
معمولاﹰ آنرا ثابت در نظر می گیرند، اما تلفات بارداری تابعی است از بار انتقالی، بر این مبنا تلفات ترانسفورماتورها در هر لحظه از رابطه زیر بدست میآید.
(١-٧))2SNLNNNLL.(PLدر این رابطه:Sn:PL تلفات توان، کیلووات:NL تلفات بیباری، کیلووات:LL تلفات بارداری دربار نامی، کیلووات: S توان ظاهری عبوری از ترانسفورماتور، کیلووات آمپر: Sn تلفات اسمی ترانسفورماتور، کیلوولت آمپر
بنابراین برای محاسبه تلفات توان یا تلفات ترانسفورماتورها در ساعات پیک شبکه باید از رابطه فوق استفاده نمود. ]٣[
• تلفات توان در سایر تجهیزات کلیه تجهیزات الکتریکی که در شبکههای انتقال و توزیع نیرو، مورد استفاده قرار میگیرند دارای تلفات
٩
میباشند. از این مجموعه تجهیزات میتوان به راکتورها، خازنها، ترانسفورماتورهای جریان و ولتاﮊ اشاره نمود. برخلاف ترانسفورماتورها که دارای دو نوع تلفات (بارداری و بیباری) میباشند بقیه تجهیزات عمدتاﹰ دارای تلفات تقریباﹰ ثابتی میباشند. لذا تلفات توان آنها تقریباﹰ مستقل از زمان بهرهبرداری از آنها است و به نوعی مشابه تلفات بیباری، ترانسفورماتورها میباشند.
• تلفات توان مرتبط با کرونا تلفات کرونا نوع دیگری از تلفات الکتریکی است که عمدتاﹰ در خطوط انتقال نیرو و پستهای فشارقوی
دیده میشوند. مقدار تلفات کرونا تابعی است از ارتفاع محل نصب، درجهحرارت محیط، رطوبت و درجه آلودگی هوا و همچنین شرایط آبوهوائی منطقه. این تلفات در روزهای بارانی، برفی و مهآلود و شرجی زیاد میشود. گرچه در طراحی شبکههای برقرسانی تلاش بر این است که در هوای خوب تلفات کرونا وجود نداشته باشد اما به هر حال با افزایش درجهحرارت هوا و یا در روزهای بارانی و آلوده بخشی از توان الکتریکی از این طریق به هدر میرود.
• تلفات توان مرتبط با نشتی جریان مقرههای خطوط انتقال و توزیع نیرو یکی از عوامل مهم در نشستی جریان میباشند. نشتی جریان ضمن
اینکه به نوع مقرهها و سطح ولتاﮊ بستگی دارد شدیداﹰ به درجهحرارت هوا، میزان رطوبت و املاح نمکی و آلودگی هوا نیز وابسته میباشد. در شبکههای برقرسانی کشور تلفات ناشی از نشتی جریان در مناطق ساحلی جنوب و شمال کشور بالا است و سهمی از تلفات انرﮊی در این مناطق را به خود اختصاص میدهد اما در مقایسه با تلفات ﮊول زیاد نمیباشد.
• تلفات توان ناشی از سایر عوامل در هر شبکه برق رسانی علاوه بر تلفاتی که در تجهیزات در صور مختلف وجود دارند و به نوعی قابل
اندازهگیری یا برآورد میباشند. درصد قابل توجهی از انرﮊی الکتریکی به صور مختلف دیگر از جمله تلفات ناشی از نامتعادلی بار، تلفات ناشی از گردش بیمورد وات و وار در شبکه، تلفات ناشی از بدی ضریب
قدرت، استفاده غیرمجاز از انرﮊی و یا اشکال مختلف دیگر به هدر میروند.
• تلفات توان در شبکه تلفات توان در شبکه از جمع همزمان تلفات توان کلیه تجهیزات و خطوط انتقال و توزیع نیرو به دست
میآید. تلفات توان از این دیدگاه مهم است که به طور مستقیم ظرفیت مفید نیروگاهها را به هدر میدهد.
در هر شبکه گرچه تلفات توان و انرﮊی هر دو مهم میباشند اما اگر دو شبکه با تلفات توان و انرﮊی مشابه مورد مقایسه قرار گیرند، شبکهای که دارای تلفات توان بیشتری در ساعات پیک شبکه سراسری برق میباشد از دیدگاه منافع ملی دارای وضعیت بدتری است.
گرچه در بخشی از شبکه امکان محاسبه تلفات توان به کمک برنامههای کامپیوتری میسر میباشد، اما در تمامی اجزای شبکه محاسبه تلفات توان به سادگی عملی نمیباشد. دلیل وجود این پیچیدگی تنوع تلفات
١٠
و عدم وابستگی آنها به میزان بار میباشد. به عنوان مثال سهم میزان تلفات کرونا، نشتی جریان، استفاده غیرمجاز از برق، نامتعادلی بار و بسیاری دیگر از اجزای تلفات در ساعات پیک بار احتمالی است و دلیل این امر وابستگی آنها به بسیاری از پارامترهای متغیر میباشد.
۱-۳ تلفات انرﮊی
در یک دوره مشخص، تلفات انرﮊی در یک خط انتقال با مقاومتR و جریان عبوریI را میتوان به کمک رابطه زیر بدست آورد ]٢: [
(١-٨)EL E 3.(R1.I12 R2 .I22 … Rn .In2 )در یک شرایط مشخص مقدارI را میتوان از رابطه (١-٩)بدست آورد که با جایگذاری آن در رابطه (١-٨)، مقدارEL را میتوان به صورت رابطه (١-٤) نیز نشان داد:(١-٩)U )I I S /(3(١-١٠)EL E R1 .( S1 / U1 )2 R2 .( S 2 / U 2 )2 … Rn .( S n / U n )2با جایگذاری توان اکتیو( ( P به جای توان ظاهری((S رابطه بالا به صورت زیر در میآید:(١-١١)EL E R1 .[ P1 /( U 1 .Cos 1 )] 2 … Rn .[ Pn /(U n .Cos n )] 2در این روابط:
:EL تلفات انرﮊی در خط انتقال، در پریودn : Ri مقاومت هادیها در لحظه i
: I i جریان عبوری از هادیها در لحظه i : Si توان عبوری (ولت آمپر) در لحظه i : ui ولتاﮊ خطی در لحظه i
: cosci ضریب قدرت بار عبوری در لحظه i
١-٣-١ عوامل مؤثر در تلفات انرﮊی
تلفات انرﮊی در یک دوره مشخص از مجموع تلفات لحظهای توان به دست میآید بنابراین کلیه عواملی که در محاسبه تلفات توان دخالت دارند در محاسبه تلفات انرﮊی نیز مؤثر میباشند. اما در این قسمت هدف مقایسه تلفات انرﮊی دو خط کاملاﹰ مشابه میباشد، لذا فرض میشود مقادیر نامی کلیه پارامترهای الکتریکی یکسان باشند، بر این مبنا حالات زیر میتواند مورد مطالعه و مقایسه قرار گیرد. ]٥[
حالت اول :
در این حالت هدف مقایسه تلفات انرﮊی در دو خط کاملاﹰ مشابه میباشد که دارای ماکزیمم توان انتقالی، ولتاﮊ، ضریب قدرت و مقاومت برابر باشند، بر این مبنا این سئوال مطرح میشود آیا تلفات انرﮊی این دو خط کاملاﹰ برابر است؟
١١
در برخی موارد یکسان بودن این پارامترها میتواند بیانگر برابر بودن تلفات انرﮊی در دو خط مشابه باشد اما همواره این تشابه به معنی برابر بودن تلفات انرﮊی دو خط انتقال یا توزیع نیرو مشابه نمیباشد. دلیل این اختلاف ممکن است در اثر انتقال انرﮊی الکتریکی متفاوت به وجود آید. به عبارت دیگر اگر از یک خط انتقال مثلاﹰ ٢٤ ساعت در طول شبانهروز و در خط دیگر تنها یک ساعت توان الکتریکی منتقل گردد، مسلم است صرف برابر بودن توان، ولتاﮊ، ضریب قدرت و مقاومت هادیها نمیتواند برابری تلفات انرﮊی را به همراه داشته باشد چون در رابطه با نمونه مورد اشاره تلفات انرﮊی در یک خط حدود ٢٤ برابر خط
دیگر میباشد.
حالت دوم :
در این حالت فرض میشود علاوه بر مشخصههای مصرف، انرﮊی انتقالی هم برابر باشند، لذا مجدداﹰ این سئوال مطرح میشود آیا تلفات انرﮊی دو خط کاملاﹰ مشابه، در چنین حالت با هم برابرند؟ در اکثر مواقع تلفات انرﮊی دو خط مشابه در چنین شرایط تقریباﹰ برابر میباشند، اما اگر شکل منحنی تغییرات بار یکسان نباشند، در میزان تلفات انرﮊی اختلاف فاحشی ایجاد میشود. برای بررسی این حالت دو مصرفکننده با پیک بار و انرﮊی انتقالی تقریباﹰ یکسان که دارای منحنی تغییرات بار متفاوتی میباشند، مورد بررسی و مطالعه قرار میگیرند.
همانطور که شکل (١-١) نشان میدهد مصرفکننده اول درt ساعت از شبانهروز دارای باری در حد پیک مصرف (یا(P و مصرفکننده دوم همواره دارای بار ثابت معادل P میباشد و تنها در لحظات کوتاهی پیک بار از این خط انتقال عبور میکند. اگر مقاومت هادی، ولتاﮊ و ضریب قدرت در تمام ساعات یکسان در نظر گرفته شود و در حالت دوم از تلفات محدود انرﮊی در ساعات پیک صرفنظر شود، تلفات انرﮊی در دو حالت فوق به صورت زیر محاسبه میشوند.
شکل (١-١) منحنی تغیرات بار٢٤ ساعته دو مصرف کننده فرضی با پیک بار و انرﮊی یکسان(١-١٢)))PEL1 E t.R.(U .Cos UO(١-١٣))2PEL2 E T .R(U .Cos UO
و نسبت تلفات انرﮊی در دو حالت فوق را میتوان به صورت زیر نشان داد که از تقسیم رابطه (١-١٢) بر رابطه (١-١٣) به دست میآید.
(١-١٤)2 t(P(EL1TPPEL2
مقادیرLF و P وP’ به صورت زیر محاسبه میشوند که با جایگذاری مقادیر معادل آنها در رابطه (١-١٤)
١٢
به رابطه (١-١٨) میرسیم.E(١-١٥)LF LT .P(١-١٦)EP Pt(١-١٧)EPPPPT(١-١٨)1EL1LFEL2این رابطه نشان میدهد حتی با برابر بودن توان و انرﮊی انتقالی، تلفات انرﮊی در دو حالت فوق و برای دو خط یا دو شبکه مشابه ممکن است با هم برابر نباشند.
حالت سوم :
همانطور که در دو حالت قبل ملاحظه شد علت این اختلاف مربوط به شکل منحنی تغییرات بار میباشد.
در این حالت این سئوال مطرح میشود آیا یکسان بودن توان، انرﮊی انتقال و شکل منحنی تغییرات بار دال بربرابربودن تلفات انرﮊی میباشد؟ پاسخ این پرسش مثبت میباشد اما با توجه به اینکه قیمت انرﮊی در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت میباشد، لذا ممکن است حتی با برابر بودن تلفات انرﮊی در دو حالت مختلف، ارزش آنها یکسان نباشد که لازم است در ارزیابی تلفات انرﮊی در شبکههای برقرسانی
مدنظر قرار گیرند.
١-٣-٢ محاسبه تلفات انرﮊی
در شبکههای برقرسانی اعم از توزیع یا انتقال نیرو لازم است قبل از ارایه هر نوع پیشنهاد جهت اصلاح تلفات، اجزای اصلی تلفات بررسی و شناخته شود. روشهای به کار گرفته شده برای کاهش تلفات الکتریکی باید با توجه به تلفات توان و انرﮊی انجام گیرد، اما به هر حال لازم است سهم آنها در اجزای شبکه مشخص شوند.
– تلفات انرﮊی در خطوط انتقال و توزیع نیرو بخش قابل توجهی از تلفات انرﮊی الکتریکی در شبکههای برقرسانی ناشی از تلفات ﮊول میباشد. بخش
عمده این نوع تلفات در هادیهای خطوط انتقال و توزیع نیرو ایجاد میگردد.تلفات انرﮊی در خطوط انتقال و توزیع نیرو تابعی از تلفات توان و ضریب تلفات میباشد.
همانطور که از رابطه (١-٣) از روابط بالا نشان میدهد، هرچه ضریب تلفات بیشتر باشد برای تلفات توان یکسان تلفات انرﮊی بیشتر است. با توجه به اینکه ضریب تلفات تابعی از ضریب بار می باشد، در عمل خطوط انتقال یا توزیع تأمینکننده بار مشترکینی با ضریب بار بالا دارای تلفات انرﮊی بیشتری میباشند.
یا به عبارت دیگر خطوط انتقال یا توزیع نیرو که تأمینکننده انرﮊی موردنیاز مراکز صنعتی میباشند،
١٣
برای تلفات توان یکسان دارای تلفات انرﮊی به مراتب بیشتری از خطوط تأمینکننده انرﮊی موردنیاز مراکز شهری میباشند. ]٥[
– تلفات انرﮊی در ترانسفورماتور در ترانسفورماتورهای قدرت نیز تلفات انرﮊی تابعی از نوع مصرف میباشد.گرچه تلفات انرﮊی ناشی از
تلفات بیباری تقریباﹰ ثابت میباشد اما تلفات انرﮊی ناشی از تلفات بارداری تابعی از ضریب تلفات میباشد که به صورت رابطه زیر نشان داده میشود.
(١-١٩) ( EL T .( NL LL.( S )2 .LSF Sn
دراین رابطه EL تلفات انرﮊی ترانسفورماتور در دوره مطالعه و بقیه پارامترها مطابق تعاریف قبل میباشند.
همانطور که این رابطه نشان میدهد تلفات انرﮊی ناشی از تلفات بارداری تابعی از ضریب تلفات میباشد و در نتیجه از اهمیت بیشتری برخوردار میباشد، اما تلفات انرﮊی ناشی از تلفات بیباری مستقل از ضریب بارمیباشد. ]٥[
– تلفات انرﮊی در سایر تجهیزات تلفات انرﮊی در سایر تجهیزات نیز تابعی از تغییرات تلفات توان در آنها میباشد. اما با توجه به اینکه
تلفات توان در برخی از تجهیزات الکتریکی از جمله راکتورها، خازنها و … تقریباﹰ در طول بهرهبرداری ثابت میباشند، لذا تلفات انرﮊی در آنها از مجموع تلفات لحظهای توان بدست میآید.
– تلفات انرﮊی ناشی از کرونا معمولاﹰ طراحی خطوط انتقال و توزیع نیرو طوری انجام میگیرد که در هوای تمیز و در شرایط استاندارد،
تلفات کرونا ناچیز باشد. اما چون شرایط آبوهوائی دائماﹰ در حال تغییر میباشد، تلفات کرونا نیز کم و زیاد میشود و به خصوص در هوای بارانی مقدار آن شدیداﹰ افزایش مییابد. به همین دلیل برای محاسبه تلفات انرﮊی ناشی از پدیده کرونا لازم ا ست در یک دوره یکساله درصد روزهای بارانی، ابری، شرجی، مهآلود، آلوده و … تعیین و براساس آن تلفات انرﮊی محاسبه گردد. گرچه تلفات توان ناشی از پدیده کرونا ممکن است گاهی بیش از تلفات ﮊول باشد، اما تلفات انرﮊی آن بسیار ناچیز میباشد.] ٥[
– تلفات انرﮊی ناشی از نشتی جریان تلفات انرﮊی ناشی از نشتی جریان تابعی از تداوم نشتی در خطوط انتقال و توزیع نیرو میباشد. این تلفات
نیز مانند تلفات کرونا در موارد خاص ظاهر میشود، به خصوص که مقرهها توسط ذرات آلوده نمکی یا صنعتی پوشیده شوند. البته رطوبت هوا این نوع تلفات را همراه با ذرات آلوده تشدید میکند. میزان تلفات انرﮊی ناشی از نشتی جریان در مناطق ساحلی و آلوده قابل توجه می باشد، که لازم است نسبت به اندازهگیری و تقلیل آن اقدام نمود. ]٥[
١٤
۱-۴ رابطه تلفات توان و انرﮊی
در شبکههای برقرسانی بدلیل سهولت اندازهگیری انرﮊی مبادله شده و ثبت شده معمولاﹰ درصد تلفات انرﮊی بعنوان شاخص کمی تلفات مطرح میگردد. مثلاﹰ وقتی از رقمی بعنوان درصد تلفات نامبرده میشود هدف تلفات انرﮊی میباشد، مسلماﹰ چون اندازهگیری برای یک دوره مشخص و معین انجام میشود درنتیجه درصد تلفات نیز مقدار متوسط در آن دوره میباشد. با توجه به اینکه تلفات در هر لحظه تابعی است از توان انتقالی در همان لحظه، درنتیجه تلفات توان دائماﹰ در حال نوسان میباشد. گرچه محاسبه تلفات در پیک با آگاهی از بار پیک در شرایط حالت پیک عملی است ولی اگر این اطلاعات در دست
نباشد با آگاهی از تلفات انرﮊی میتوان بصورت زیر مقدار تقریبی تلفات توان را محاسبه نمود.
برای محاسبه تلفات توان در دوره مطالعه یا میزان تلفات در بار پیک می توان از مقادیر ضریب تلفات انرﮊی و منحنی تغییرات بار استفاده نمود. برای این منظور میتوان به شیوه زیر عمل کرد. ]٥[
(١-٢٠)E E T .LF .P(١-٢١)EL E T .LSF .PLبا تقسیم روابط فوق به یکدیگر به رابطه جدید زیر میرسیم:LFELPL(١-٢٢).PE LSFبنابراین درصورتیکه نسبت تلفات انرﮊی به انرﮊی مبادله شده در دست باشد (که عملاﹰ در دست است) با آگاهی از مقادیر LSF (ضریب تلفات) و LF (ضریب بار) میتوان درصد نسبی تلفات در بار پیک را بدست
آورد. حال اگر در رابطه بالا بجای LSF مقدار معادل آن LSF KLF 2 را قرار دهیم نسبتPLبصورتزیر درمیآید:PEL1PL(١-٢٣).Pمقدار K ضریبی است مشخص که در قسمتهای بعد به آن اشاره میگرددK .LF Eو برای مصرفکنندهای باماهیت بار شبکه سراسری ایران که مقدار ضریب بار حدود ٦٠,٠ است ضریب K برابر ٠٨/١ میباشد کهبا جایگذاری این دو رقم در رابطه بالا داریم:ELPL(١-٢٤)1.5EPبعبارت دیگر در صورتیکه تلفات انرﮊی در شبکهای مثلاﹰ ١٦ درصد باشد تلفات توان در ساعت پیک به حدود ٢٤ درصد افزایش مییابد که این رقم بیانگر اتلاف توان مفید نیروگاه در ساعت پیک میباشد.
۱-۵ مشخصههای مهم مصرف
شناخت نوع مصرف یکی از عوامل مهمی است که در مطالعات بار به خصوص در تلفات الکتریکی از اهمیت ویژهای برخوردار است. برای شناسائی نوع و ماهیت مصرف شاخصهای مختلفی معرفی و تعریف شدهاند که به کمک آنها میتوان نسبت به دستهبندی مصرفکنندگان برق اقدام نمود. نظر به اینکه در
١٥
مدلسازی تلفات نیاز به شناخت مشخصههای مصرف میباشد. لذا در این بخش این عوامل بطور اختصار اشاره میگردد.
• پیک مصرف پیک بار یا حداکثر مصرف هر مصرفکننده شاخص مهمی است که در طراحی تجهیزات نقش اساسی
دارد. برنامهریزی تولید، تعیین ظرفیت تجهیزات و انتخاب ولتاﮊ خطوط تأمینکننده برق هر مصرفکننده مستقیماﹰ براساس پیک مصرف انجام میگیرد. پیک مصرف معمولاﹰ با عناوین دیگری چون دیماند مصرف و یا پیک مصرف نیز بیان میگردد.
پیک یا دیماند مصرف معمولاﹰ برای یک دوره بلند مدت تعیین میگردد، به همین دلیل طراحی شبکههای برقرسانی نیز بر همین مبنا انجام میگیرد. در بهرهبرداری از شبکههای برقرسانی پیک مصرف ممکن است برای دوره های روزانه، ماهیانه، فصلی یا سالیانه نیز بیان گردد، که برحسب مورد در مطالعات بار مورد استفاده قرار میگیرد.
در مطالعات بار پیک مصرف را با واحدهای مختلفی چون وات، ولتآمپر یا آمپر بیان میکنند، ضمن اینکه برای مصارف بار راکتیو از ولت آمپر نیز برای بیان مقادیر حداکثر بار استفاده میشود. در مجموع پیک مصرف شاخص اصلی طراحی و برنامهریزی توسعهای شبکههای برقرسانی میباشد. ]١[
• انرﮊی انتقالی عامل دیگری که برای شناسائی مورد استفاده قرار میگیرد، انرﮊی الکتریکی مورد نیاز آن میباشد. معمولاﹰ
انرﮊی مصرفکنندگان یا شبکههای برقرسانی بر مبنای دورههای بلندمدت انجام میگیرد. اما در بهرهبرداری برای برنامهریزی تولید و سایر اقدامات لازم برآورد انرﮊی ممکن است به صورت ساعتی یا روزانه نیز پیشبینی گردد، اما در برنامهریزی توسعهای شبکه ای طراحی تجهیزات عمدتاﹰ انرﮊی سالیانه مطرحباشد،می برای سنجش میزان انرﮊی الکتریکی از واحدهای مختلفی چون وات ساعت، کیلوولت ساعت و یا مگاوات استفاده میشود. ضمناﹰ برای مصارف بار راکتیو از واحدهای وارساعت، کیلووار ساعت یا مگاوار ساعت استفاده میشود.]١[
• ولتاﮊ ولتاﮊ شبکه نیز یکی از شاخصهای مهم مصرف میباشد. در حالت کلی هرچه دیماند مصرف بیشتر باشد،
معمولاﹰ مصرفکننده یا منطقه مصرف به خطوط ولتاﮊ بالاتری متصل میشوند. از طرف دیگر تثبیت ولتاﮊ یا کنترل تغییرات آن در محدوده مشخصی برای مصرفکننده از اهمیت ویژهای برخوردار است و نقش مؤثری را در کیفیت توان بازی میکند که در بهرهبرداری از شبکههای برقرسانی باید مورد توجه جدی قرار گیرد.
• ضریب بار ضریب بار شاخص سادهای است که به کمک آن میتوان تا حدودی ماهیت مصرف را مورد مطالعه قرار
داد. این ضریب در حالت کلی از رابطه زیر بدست میآید:
١٦
(١-٢٥)ELF L: E انرﮊی مصرفی در دوره TT .P
: P پیک مصرف
ضریب بار میتواند برای دورههای روزانه، هفتگی، ماهیانه، فصلی، سالیانه یا هر دوره مشخص دیگر تعریف شود. البته باید به این نکته مهم توجه شود برحسب اینکه ضریب بار برای چه دورها ی محاسبه شود، انرﮊی مصرفی و پیک مصرف نیز باید مربوط به همان دوره باشد که در رابطه (١-٢) داریم:
P پیک مصرف، T دوره مطالعه، Eانرﮊی انتقالی در دوره T و LF ضریب بارمصرف میباشد. بنابراین در صورتیکه انرﮊی انتقالی و پیک مصرف دو مصرفکننده مختلف در یک دوره زمان مشخص برابر باشند، ضریب بار آنها نیز با هم مساوی است، اما همواره یکسانی ضریب بار به معنی تشابه دو مصرفکننده برق نمیباشد.
• ضریب تلفات ضریب تلفات شاخص مهمی است که رابطه تلفات انرﮊی و تلفات در بار پیک را نشان میدهد. در شبکه
یا



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید