پایان نامه کاهش تلفات در خطوط فشار ضعیف

رشته برق قدرت

فصل اول

مقدمه:

بخشی از انرژی الکتریکی تولید شده توسط نیروگاهها در حدفاصل تولید تا مصرف به هدر می روند، همچنین مقدار قابل توجهی از این انرژی در داخل نیروگاهها صرف مصارف داخلی می شوند. طبق نظر برخی از کارشناسان این انرژی که صرف تاسیسات می شود جزو تلفات محسوب نمی شوند. همچنین در مورد ترانسفورماتورهایی که سیستم خنک کننده آنها و یا سیستم گردش روغن آنها توسط پمپ کار می کند این انرژی مصرف شده برای پمپها را جزو تلفات محاسبه نمی کنند. اما نظرات دیگری نیز در مورد تلفات وجود دارد و تلفات از دیدگاههای مختلف تعاریف متفاوتی دارد. در اینجا ابتدا تلفات را تعریف کرده و سپس عوامل موثر برایجاد تلفات را بیان می کنیم و در آخر راه حل های کاهش تلفات در خطوط فشار ضعیف را بررسی می کنیم.

تعریف تلفات:

با توجه به اینکه هدف اصلی شبکه برق رسانی، انتقال انرژی تولید شده توسط نیروگاهها، از مراکز تا مصرف کننده می باشد بنابراین قسمتی از انرژی تولید شده که به مصرف نرسد به عنوان تلفات نام برده خواهد شد. به عبارت دیگر آن قسمتی از انرژی که به کار مفید تبدیل نشود تلفات نام دارد. تعریف کار مفید هم برای مراکز مختلف مشخص است. مثلاً به علت اینکه وظیفه نیروگاهها تولید و فروش برق با کمترین تلفات می باشد، بنابراین کار مفید برای نیروگاهها همان انرژی خالص تحویل داده شده به شرکتهای برق می باشد و یا در مورد شرکتهای برق منطقه، کار مفید انرژی تحویلی آنها به شرکتهای توزیع نیرو می باشد. همچنین کار مفید برای شرکتهای توزیع، انرژی تحویلی آنها به مصرف کنندگان می باشد. بنابراین تلفات را در مفهوم کلی می توان به صورت زیر بیان نمود:

انرژی فروخته شده- انرژی خریداری شده= تلفات

اما همین تعریف نیز از دیدگاههای مختلف مفاهیم متفاوتی را ارائه می دهد. مثلاً از دیدگاه شرکتهای برق منطقه ای و یا شرکتهای توزیع نیرو، تلفات در حقیقت آن بخش از انرژی است که از تفاضل انرژی ورودی و خروجی به شبکه حاصل می شود. اما از دیدگاه منافع ملی مفهوم کار مفید به صورت دیگری می باشد زیرا تمام انرژی تحویلی به مشترک به کار مفید تبدیل نمی شود یا به عبارت دیگر از آن انرژی که به صورت مفید مصرف نشود تلفات نام دارد. مثلاً وقتی روشنایی اتاقها بیش از حد باشد و لامپ بی مورد روشن باشد در حقیقت بخشی از انرژی تلف شده است. همچنین در مصارف صنعتی نیز بخش قابل توجهی از انرژی هدر می رود که از دیدگاه منافع ملی جزو تلفات است ولی در محاسبات ما جزو تلفات محسوب نمی شود. همچنین عدم رعایت مدیریت بار و انرژی در صنایع نوعی تلفات است به طوریکه در اثر ناهماهنگی در برنامه کار ماشین آلات دیماند مصرفی کارخانجات افزایش می یابد، نوعی تلفات دیماندی داریم.

با توجه به دو دیدگاهی که گفته شد مشاهده می شود که دو اختلاف عمده در این دیدگاهها وجود دارد. در دیدگاه اول (دیدگاه شرکتهای برق) آن بخش از انرژی که فروخته شود جزو کار مفید است و تلفاتی ندارد اما از دیدگاه منافع ملی همین انرژی فروخته شده دارای تلفات است و تمامی آن به کار مفید تبدیل نمی شود.

همچنین از دیدگاه اول ممکن است بخشی از انرژی جزو تلفات محاسبه شود که از دیدگاه دوم این بخش از انرژی به کار مفید تبدیل شده است. مثلاً از دیدگاه شرکت های برق آن بخش که به صورت برق دزدی مصرف می شود. جزو تلفات است در صورتیکه از دیدگاه دوم این انرژی به کار مفید تبدیل شده است و یا در برخی قسمتهای شبکه به علت نداشتن کنتور برای مصارف روشنایی، مصرف روشنایی جزو تلفات محاسبه می شوند در صورتیکه از دیدگاه دوم این انرژی به کار مفید تبدیل شده است.

حال با توجه به تعریفاتی که از تلفات شد و با بیان دیدگاههای مختلف، مشاهده شد که تلفات در شبکه های انتقال و توزیع تنها درصد محدودی از کل انرژی الکتریکی را در برمی گیرند که در این بخش و در کل گزارش آنچه از آن به عنوان تلفات نام برده می شود، همان تلفات از دیدگاه شرکتهای برق و یا به عبارت دیگر تفاضل انرژی خریداری شده و فروخته شده می باشد که این تلفات خود دارای اجزاء مختلفی می باشد. حال که تعریف تلفات مشخص گردید باید انواع تلفات نیز بررسی شود و مشخص گردد که منظور ما از کاهش تلفات کاهش کدام نوع از تلفات می باشد:

انواع تلفات:

معمولاً در شبکه های برق رسانی هنگامی که بحث از تلفات و کاهش آن می شود منظور کاهش تلفات انرژی است و نه کاهش تلفات توان. جهت روشن شدن مفاهیم تلفات ابتدا این دو نوع تلفات را مورد بررسی قرار می دهیم.

1- تلفات توان:

توان مصرفی برای هر مشترک به پارامترهای مختلفی بستگی دارد که باعث می شود میزان مصرف مشترک در ساعات مختلف شبانه روز، هفته، ماه و سال متفاوت باشد. به همین دلیل می توان تولیدی نیروگاهها نیز متغیر خواهد بود و به دلیل اینکه برنامه ریزی توسعه و ظرفیت تولید نیروگاهها براساس مصرف پیک مشترکان تنظیم می گردد، بنابراین هر چه مصرف در پیک بیشتر باشد افزایش ظرفیت نیروگاهها را به همراه خواهد داشت.

یکی از عوامل مهمی که در عمل به حساب تلفات منظور نمی شود بالا بودن غیرمنطقی دیماند مصرف مشترکین اعم از صنعتی، تجاری، خانگی و … می باشد. به عبارت دیگر در اکثر موارد می توان با اجرای صحیح مدیریت مصرف، توان ماکزیمم مصرف کننده را کاهش دهیم بدون اینکه در برنامه کاری آن اختلالی ایجاد شود. حال اگر به عنوان مثال مصرف یک مشترک از p1 به p2 کاهش یابد، ظرفیت تولیدی نیروگاه به اندازه (p1 – p2) آزاد می شود بنابراین از یک دیدگاه دیگر می توان گفت این مقدار یعنی p1 – p2 جزو تلفات می باشد.

2- تلفات انرژی:

آنچه در گزارشات به عنوان تلفات نام برده می شود، میزان تلفات انرژی می باشد که در حقیقت از مجموع مقادیر لحظه ای تلفات توان به دست می آید و یا به عبارت دیگر تلفات انرژی مقدار متوسط تلفات توان در دوره مورد مطالعه می باشد. از آنجا که مقدار تلفات توان در دامنه وسیعی تغییر می کند در نتیجه مقدار ماکزیمم تلفات که عمدتاً در ساعات پیک اتفاق می افتد بمراتب بیش از مقدار متوسط تلفات انرژی می باشد. به عبارت دیگر وقتی تلفات انرژی در یک شبکه 10 درصد می باشد، مقدار تلفات توان همان شبکه در ساعات پیک بار بمراتب بیش از ده درصد می باشد که نسبت این ارقام تابعی است از شکل منحنی تغییرات بار و ضریب بار مصرف. در یک مصرف کننده با ماهیت بار شبکه بار سراسری برق، درصد تلفات توان چنین مصرف کننده حدود 50 درصد ترقی می کند و در نتیجه مقدار تلفات توان در ساعت پیک به حدود 15 درصد می رسد. اما اگر هدف مطالعه تلفات توان در شبکه ای با ضریب بار کمتر از ضریب بار شبکه سراسری برق باشد، مقدار افزایش توان بمراتب بیشتر از 50 درصد خواهد بود.

گرچه کاهش تلفات انرژی در برخی موارد ممکن است تقلیل دیماند مصرف را به همراه داشته باشد اما این عمل موقعی موثرتر می شود که دیماند مصرف در پیک کاهش یابد چون در چنین حالتی افزایش ظرفیت مفید نیروگاهها را نیز به همراه خواهد داشت. بنابراین تلفات انرژی به تنهایی نمی تواند شاخص مناسبی برای ارزیابی تلفات در یک شبکه باشد بلکه لازم است تلفات توان و انرژی مشترکاً مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرند.

گرچه میزان تلفات انرژی تابعی است از تلفات توان اما بدان مفهوم نیست که برای مقدار معینی از تلفات توان انرژی تلف شده ثابت باشد بلکه ممکن است ارقام متفاوتی را به خود اختصاص دهد که این تغییرات به نوع مصرف و شکل منحنی تغییرات بار بستگی دارد. 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.

عوامل موثر برتلفات

1- تغییر در سطح مقطع هادیها:

طبق نتایج بدست آمده در چند پروژه، متوسط کاهش تلفات براثر تغییر سطح مقطع از 25 به 35 یا 50 از 35 به 50 حدود %1/2 می باشد. همچنین در صورتیکه از سیم نول با سطح مقطع با سیم فاز استفاده شود، تلفات برای مقاومتهای زمین زیاد تا 20 درصد کاهش می یابد.

2- وضعیت اتصالات:

همچنین در مورد تاثیر نحوه اتصال بر روی تلفات، طبق آزمایشات انجام شده، تلفات مقدار سیم مشخص با یک اتصال سفت %5/3 تلفات همان مقدار سیم با اتصال شل %10 بیشتر از تلفات همان طول سیم بدون اتصال می باشد. همچنین هراتصال بدون کلمپ در شبکه توزیع به طور متوسط معادل 4/0 متر از همان نوع شبکه ایجاد تلفات می کند.

3- نحوه اتصال مشترکین:

در مورد نحوه اتصال مشترکین نیز می توان گفت که طبق آزمایشات انجام شده هر اتصال فاقد کلمپ حدود 0027/0 اهم مقاومت ایجاد می کند، که برای حدود 20000 مشترک با جریان پیک 2/3 آمپر برای 4 ساعت و 4/1 آمپر برای 20 ساعت مقدار تلفات سالیانه آن حدود kwh16000 می باشد. در صورتیکه کل توان فروخته شده در سال kwh000/300/481 باشد تلفات ناشی مشترکین حدود %003/0 می باشد که البته این رقم ناچیز است ولی عدم اتصال درست مشترکین تاثیرات منفی دیگری دارد که لزوم اتصال صحیح را توجیه می کند. برخی از این تاثیرات منفی به شرح زیر می باشند:

یکی از این تاثیرات خورده شدن سیم در محل اتصال شل و افزایش مقاومت آن نقطه و در نتیجه گرم شدن آن نقطه می باشد. از دیگر تاثیراتی که اتصالات شل و نادرست دارد احتمال قطعی سیم و در نتیجه افزایش انرژی توزیع نشده، همچنین کاهش قابلیت اطمینان برق مصرفی برای مشترکین می باشد.

4- نامتعادلی بار:

یکی دیگر از عوامل موثر در ایجاد تلفات نامتعادل بودن بار بر روی فازها می باشد به طور خلاصه می توان گفت که نامتعادلی بار اثراتی دارد که برخی از آنها به شرح زیر می باشد:

به علت عبور جریان از سیم نول تلفات توان بیشتری خواهیم داشت. همچنین به علت این که سیم نول دارای جریان می باشد اختلاف فاز بین فاز و نول کمتر خواهد بود بنابراین افت ولتاژ بیشتری خواهیم داشت.