استاندارد سطوح ولتاژ انواع پست فشار قوی شبکه برق ایران
- حمید زینالی
- شبکه برق, طراحی و تجهیزات پست فشار قوی, وبلاگ
- 1405/02/10
- این مقاله بروزرسانی شده 13 خرداد 1405
استاندارد سطوح ولتاژ پست فشار قوی
هر پست فشار قوی وظیفه دریافت انرژی الکتریکی از طریق فیدرهای ورودی و توزیع آن بین فیدرهای خروجی را بر عهده دارد. در فرآیند انتقال انرژی، تغییر سطح ولتاژ (تبدیل ولتاژ) متناسب با نیاز شبکه صورت می‌گیرد. این تغییرات همواره بر اساس استاندارد سطوح ولتاژ پست فشار قوی انجام می‌شود. طبق استاندارد IEC، ولتاژهای نامی جریان متناوب (AC) در شبکه‌های سراسری به گروه‌های زیر تقسیم می‌شوند:
انواع گروه‌های ولتاژی در پست‌ها
1. ولتاژ فشار ضعیف (LV)
این گروه شامل ولتاژهای کمتر از یک کیلوولت (۱۰۰۰ ولت) است. مقادیر استاندارد در این سطح عبارتند از:
۱۱۰ – ۲۲۰ – ۴۰۰ – ۶۶۰ ولت.
2. ولتاژ فشار متوسط (MV)
این رده ولتاژی در شبکه‌های فوق‌توزیع و توزیع کاربرد گسترده‌ای دارد. مقادیر استاندارد شده در این گروه عبارتند از:
۳.۳ – ۶.۶ – ۱۱ – ۲۰ – ۳۳ کیلوولت.
3. ولتاژ فشار قوی (HV)
ولتاژهای بالاتر از ۶۳ کیلوولت و کمتر از ۲۴۵ کیلوولت در رده ولتاژهای فشار قوی دسته‌بندی می‌شوند. رنج استاندارد این سطح ولتاژ عبارت است از:
۷۲.۵ – ۱۰۰ – ۱۲۳ – ۱۴۵ – ۱۷۰ – ۲۴۵ کیلوولت.
4. ولتاژ فوق فشار قوی (EHV)
مقادیر استاندارد شده در این سطح ولتاژ (Extra High Voltage) عبارتند از:
۳۰۰ – ۳۶۲ – ۵۲۵ – ۷۶۵ کیلوولت.
5. ولتاژ مافوق فشار قوی (UHV)
معمولاً ولتاژهای بالاتر از ۸۰۰ کیلوولت در رده ولتاژهای مافوق فشار قوی (Ultra High Voltage) قلمداد می‌شوند.
همچنین ولتاژهای جریان مستقیم (DC) به‌کار رفته در شبکه‌های سراسری نیز در رده گروه‌های ۴ و ۵ دسته‌بندی شده و تحت عنوان ولتاژهای فشار قوی جریان مستقیم (HVDC) شناخته می‌شوند. این سطوح ولتاژ در حال حاضر در شبکه قدرت ایران کاربرد عملیاتی ندارند و بیشتر در کشورهایی نظیر کانادا و ایالات متحده آمریکا (برای انتقال انرژی در مسافت‌های بسیار طولانی) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شایان ذکر است که محققان در برخی مراکز دانشگاهی (از جمله در کانادا) در حال مطالعه بر روی ولتاژهای فوق‌بسیار بالا جهت استفاده در خطوط انتقال قدرت هستند. بدیهی است که بهره‌برداری از چنین سطوح ولتاژی، مستلزم به‌کارگیری تجهیزات و ترانسفورماتورهای قدرت غول‌پیکر با توانایی تحمل استرس‌های عایقی بسیار شدید است.
سطوح ولتاژ نامی در شبکه سراسری ایران
در شبکه برق ایران، ولتاژهای متنوعی از گروه‌های مختلف به‌کار گرفته می‌شوند که مقادیر نامی آن‌ها عبارتند از:
- فشار متوسط: ۳ – ۶ – ۱۱ – ۲۰ – ۳۳ کیلوولت.
- فشار قوی و فوق‌توزیع: ۶۳ – ۱۳۲ کیلوولت.
- فوق فشار قوی (انتقال): ۲۳۰ – ۴۰۰ کیلوولت.
استاندارد طراحی بهینه پست‌ها
استانداردسازی یا «تیپ کردن» مشخصات تجهیزات و طرح‌های مهندسی، موضوعی شناخته‌شده در صنعت برق است. در سال‌های اخیر، بسیاری از استانداردهای بین‌المللی بومی‌سازی شده و متناسب با نیازهای داخلی کاربرد پیدا کرده‌اند.
در این راستا، از یک سو باید شرایط، امکانات و نیازهای صنعت برق را مد نظر قرار داد؛ چرا که این صنعت نمی‌تواند جدا از پتانسیل‌ها و نیازهای کل کشور توسعه یابد و ارتباط بسیار نزدیک و تنگاتنگی با زیرساخت‌های ملی دارد.
از سوی دیگر، باید نسبت به انتظارات و اهدافی که از طرح استانداردسازی داریم، کاملاً توجیه باشیم؛ زیرا چنانچه انگیزه‌ها، اهداف و محدودیت‌های طرح استانداردسازی به‌درستی ترسیم نشود، نه تنها باری از دوش صنعت برق برداشته نخواهد شد، بلکه با افزودن گره‌ای به مشکلات موجود، به سدی در برابر طراحان و مسئولان آینده تبدیل می‌گردد.
دلایل زیر، ایده استانداردسازی پست‌ها را در راستای دستیابی به راهکارهای بهینه در صنعت برق کاملاً توجیه می‌نماید:
الف) صرفه‌جویی در زمان، به‌ویژه در مراحل طرح اولیه و تهیه اسناد.
ب) کاهش نیاز به خدمات مهندسی در مراحل اولیه پروژه.
ج) تنوع‌زدایی در طرح‌ها و تجهیزات:
۱-ج) جهت‌دهی به صنایع داخلی برق برای تولید مؤثر تجهیزات.
۲-ج) ایجاد تسهیلات جهت سفارش یکنواخت و انبوه تجهیزات.
۳-ج) کاهش نیاز به قطعات یدکی متنوع و افزایش قابلیت دسترسی به آن‌ها.
۴-ج) کاهش هزینه‌های آموزشی در حوزه‌های بهره‌برداری، تعمیر و نگهداری و در نتیجه افزایش کارایی پرسنل.
طرح‌های استاندارد و پیشنهادی
طرح‌های استاندارد پیشنهادی باید دارای ویژگی‌های اساسی باشند که ضامن قدرت و کارایی آن‌هاست؛ از جمله: قابلیت انعطاف، سهولت در انتخاب، و انطباق حداکثری با شرایط آب‌وهوایی، محیطی و شبکه‌ای (به‌گونه‌ای که پاسخگوی غالب نیازهای کاربران باشد).
همچنین تنوع‌زدایی از تجهیزات نباید منجر به غیرارادی یا غیراقتصادی شدن طرح‌ها شود و بایستی با تولیدات داخلی جهت رشد صنایع مرتبط همسو باشد.
از سوی دیگر، به‌کارگیری طرح‌های استاندارد زمانی مفید خواهد بود که محدودیت‌های آن‌ها نیز در کنار توانمندی‌هایشان مد نظر قرار گیرد:
الف) انتخاب فراتر از نیاز (Over size): به دلیل محدودیت در تنوع طرح‌های استاندارد و سهولت در انتخاب، گاهی انتخاب تجهیزاتی با ظرفیت بیش از نیاز واقعی اجتناب‌ناپذیر است.
ب) محدودیت در موارد خاص: طرح‌های استاندارد برای شرایط ویژه کارایی لازم را ندارند؛ مواردی همچون:
- مصارف موقت یا فوری.
- نیاز به قابلیت اطمینان بسیار بالا.
- محدودیت شدید فضا یا گران بودن زمین.
- شرایط آب‌وهوایی بسیار غیرعادی.
- نیاز به طرح‌های ارزان‌قیمت با عملکردهای خاص.
طبقه‌بندی شرایط آب و هوای محیطی
طرح‌های استاندارد باید تا حد ممکن جامع و قابل تعمیم به سراسر کشور باشند. در این راستا، شرایط آب‌وهوایی و محیطی متنوع ایران باید به‌گونه‌ای در طراحی لحاظ شوند که میان «تنوع‌زدایی جهت سهولت در بهره‌برداری» و «اقتصاد طرح جهت جلوگیری از طراحی بیش از حد» تعادل برقرار گردد.
برای دستیابی به این هدف، شرایط محیطی نقاط مختلف کشور کلاسه بندی شده‌اند. این پارامترها که بر اساس آمار سازمان هواشناسی استخراج شده‌اند، عبارتند از:
- حداقل و حداکثر درجه حرارت.
- رطوبت نسبی و سرعت وزش باد.
- ارتفاع از سطح دریا.
- سطح آلودگی محیطی.
- شتاب زلزله و ضخامت پیش‌بینی‌شده برای یخ‌زدگی
هدف نهایی این کلاسه بندی، کاهش تنوع تجهیزات بدون تحمیل هزینه‌های گزاف و غیراقتصادی به پروژه‌هاست.
کلاس‌بندی پست‌های فشار قوی
1. کلاسه بندی ارتفاع از سطح دریا
چگالی هوا با افزایش ارتفاع از سطح دریا کاهش می‌یابد. این پدیده از دو منظر فنی در طراحی پست‌های برق اهمیت حیاتی دارد:
۱. کاهش استقامت عایقی: با رقیق شدن هوا، فاصله خزشی و استقامت عایقی خارجی تجهیزاتی نظیر مقره‌ها و بوشینگ‌ها کاهش می‌یابد.
۲. کاهش تبادل حرارتی: هوای رقیق‌تر قدرت خنک‌کنندگی کمتری دارد، در نتیجه نرخ تبادل حرارتی میان تجهیزات و محیط تقلیل یافته و دمای کاری تجهیزات افزایش می‌یابد.
بر این اساس، مناطق مختلف کشور در چهار کلاس ارتفاعی طبقه‌بندی شده‌اند:
- کلاس A (کلاس ۱۰۰۰ متر): برای مناطق با ارتفاع حداکثر تا ۱۰۰۰ متر از سطح دریا.
- کلاس B (کلاس ۱۵۰۰ متر): برای مناطق با ارتفاع ۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ متر از سطح دریا.
- کلاس C (کلاس ۲۰۰۰ متر): برای مناطق با ارتفاع ۱۵۰۰ تا ۲۰۰۰ متر از سطح دریا.
- کلاس D (کلاس ۲۵۰۰ متر): برای مناطق با ارتفاع ۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ متر از سطح دریا.
2. کلاسه بندی حداکثر درجه حرارت محیط
حداکثر دمای محیط در طراحی، انتخاب ظرفیت حرارتی تجهیزات و تضمین عملکرد ایمن آن‌ها تحت شرایط مختلف بهره‌برداری نقشی کلیدی دارد. این پارامتر به چهار کلاس زیر تقسیم می‌شود:
- کلاس A (کلاس ۴۰ درجه): برای مناطقی که حداکثر دمای هوا از ۴۰ درجه سانتی‌گراد فراتر نمی‌رود.
- کلاس B (کلاس ۴۵ درجه): برای مناطقی که حداکثر دمای هوا از ۴۵ درجه سانتی‌گراد فراتر نمی‌رود.
- کلاس C (کلاس ۵۰ درجه): برای مناطقی که حداکثر دمای هوا از ۵۰ درجه سانتی‌گراد فراتر نمی‌رود.
- کلاس D (کلاس ۵۵ درجه): برای مناطقی که حداکثر دمای هوا از ۵۵ درجه سانتی‌گراد فراتر نمی‌رود.
3. کلاسه بندی حداقل درجه حرارت محیط
عملکرد ایمن تجهیزات پست‌های فشار قوی از جنبه‌های الکتریکی، مکانیکی و نوع مواد به‌کار رفته (مانند مقاومت در برابر تردی و شکست) باید توسط سازنده برای حداقل دمای محیطی تایید شود. این سطح ولتاژ به شرح زیر کلاسه بندی شده است:
- کلاس A (کلاس ۵- درجه): برای مناطقی که حداقل دمای هوا از ۵- درجه سانتی‌گراد کمتر نمی‌شود.
- کلاس B (کلاس ۲۵- درجه): برای مناطقی که حداقل دمای هوا از ۲۵- درجه سانتی‌گراد کمتر نمی‌شود.
- کلاس C (کلاس ۴۰- درجه): برای مناطقی که حداقل دمای هوا از ۴۰- درجه سانتی‌گراد کمتر نمی‌شود.
4. کلاسه بندی حداکثر دمای متوسط روزانه
با توجه به «ثابت زمانی حرارتی» تجهیزات مختلف و تغییرات نسبتاً سریع دما در طول شبانه‌روز، پارامتر حداکثر دمای متوسط روزانه حائز اهمیت است. این مورد نیز به شرح زیر کلاسه بندی می‌شود:
- کلاس A (کلاس ۳۰ درجه): برای مناطقی که حداکثر دمای متوسط روزانه آن‌ها از ۳۰ درجه سانتی‌گراد فراتر نمی‌رود.
- کلاس B (کلاس ۳۵ درجه): برای مناطقی که حداکثر دمای متوسط روزانه آن‌ها از ۳۵ درجه سانتی‌گراد فراتر نمی‌رود.
- کلاس C (کلاس ۴۰ درجه): برای مناطقی که حداکثر دمای متوسط روزانه آن‌ها از ۴۰ درجه سانتی‌گراد فراتر نمی‌رود.
- کلاس D (کلاس ۴۵ درجه): برای مناطقی که حداکثر دمای متوسط روزانه آن‌ها از ۴۵ درجه سانتی‌گراد فراتر نمی‌رود.
5. کلاسه بندی رطوبت نسبی
رطوبت هوا علاوه بر تأثیر بر استقامت عایق‌های خارجی، بر سیستم رنگ‌آمیزی تجهیزاتی نظیر تابلوها و ترانسفورماتورها نیز مؤثر است. همچنین میزان رطوبت، تعیین‌کننده ظرفیت گرم‌کن‌های (Heaters) مورد نیاز در تابلوها و جعبه‌ترمینال‌ها جهت جلوگیری از تقطیر است. این پارامتر به سه کلاس زیر تقسیم می‌شود:
- کلاس A: برای مناطقی با رطوبت نسبی حداکثر ۵۰٪.
- کلاس B: برای مناطقی با رطوبت نسبی ۵۰٪ تا ۷۵٪.
- کلاس C: برای مناطقی با رطوبت نسبی بیش از ۷۵٪.
6. کلاسه بندی سرعت باد
سرعت باد از عوامل تعیین‌کننده در طراحی مکانیکی تجهیزات فضای باز (Outdoor) است. سرعت باد با افزایش ارتفاع از سطح زمین افزایش می‌یابد؛ لذا در طراحی مکانیکی تجهیزات پست، معمولاً سرعت بادهای کوتاه‌مدت (با دوره بازگشت مشخص و تداوم ۵ ثانیه) در ارتفاع ۱۰ متری از سطح زمین ملاک قرار می‌گیرد.
طبق مطالعات انجام شده، این شاخص در سطح کشور به دو کلاس زیر تقسیم می‌شود:
- کلاس A: با سرعت ۴۰ متر بر ثانیه (40 m/s).
- کلاس B: با سرعت ۴۵ متر بر ثانیه (45 m/s).
7. کلاسه بندی شدت زلزله
مناطق مختلف کشور جهت طراحی سازه‌ها و استقرار تجهیزات، مطابق با آیین‌نامه ۲۸۰۰ زلزله ایران، به سه ناحیه عمده زیر تقسیم شده‌اند:
- کلاس A: مناطق با خطر نسبی «بسیار زیاد» (لرزه‌خیزی بالا).
- کلاس B: مناطق با خطر نسبی «متوسط».
- کلاس C: مناطق با خطر نسبی «کم».
مقدار شتاب مبنای طرح (g) جهت بارگذاری مکانیکی سازه‌های پست برای این سه ناحیه به ترتیب ۰.۴۵g، ۰.۳۵g و ۰.۳۰g در نظر گرفته می‌شود. همچنین در مورد ابنیه و ساختمان‌های پست، مقادیر مورد استفاده مطابق آیین‌نامه ۲۸۰۰ به ترتیب ۰.۳۵g، ۰.۲۵g و ۰.۲۰g خواهد بود.
8. کلاسه بندی ضخامت یخ
مقدار بار یخ روی سیم‌ها از پارامترهای حیاتی در محاسبه استقامت مکانیکی پایه‌ها و تعیین میزان کشش هادی‌هاست. علاوه بر این، عملکرد صحیح و به‌موقع تجهیزات دارای قطعات متحرک (مانند سکسیونرها) در شرایط یخبندان اهمیت ویژه‌ای دارد.
بر اساس آمار ایستگاه‌های هواشناسی و تجارب عملیاتی، کشور از نظر شدت یخبندان به ۴ کلاس زیر تقسیم می‌شود:
- کلاس A (کلاس ۴۰ میلی‌متر): برای مناطق با یخبندان بسیار شدید؛ به گونه‌ای که ضخامت یخ روی سازه‌ها و هادی‌ها تا ۴۰ میلی‌متر پیش‌بینی می‌شود.
- کلاس B (کلاس ۳۰ میلی‌متر): برای مناطق با یخبندان متوسط؛ با حداکثر ضخامت یخ ۳۰ میلی‌متر.
- کلاس C (کلاس ۲۰ میلی‌متر): برای مناطق با یخبندان کم؛ با حداکثر ضخامت یخ ۲۰ میلی‌متر.
- کلاس D (بدون یخبندان): مخصوص مناطق حاشیه خلیج فارس و دریای عمان که فاقد یخبندان مؤثر هستند.
9. کلاسه بندی میزان آلودگی
نوع و میزان آلودگی محیطی بر استقامت عایقی خارجی تجهیزات (سطوحی که در مجاورت هوای آزاد هستند) تأثیر مستقیم دارد. این پارامتر نقش تعیین‌کننده‌ای در طراحی مقره‌ها و بوشینگ‌ها، به‌ویژه در محاسبه «فاصله خزشی» (Creepage Distance) ایفا می‌کند.
استاندارد IEC 60815 مناطق مختلف را بر حسب نوع و میزان آلودگی به چهار کلاس اصلی: سبک، متوسط، سنگین و خیلی سنگین طبقه‌بندی می‌کند. برای هر یک از این مناطق، پیش‌بینی‌های لازم از لحاظ طرح اولیه، فواصل نشتی، برنامه‌های شست‌وشو، گریس‌کاری و نوع مقره‌ها باید صورت پذیرد.
10. تعداد روزهای رعد و برق‌دار
تعداد روزهای رعد و برق‌دار در سال، نقش مهمی در طراحی ایزولاسیون و سیستم‌های حفاظت در برابر صاعقه (هماهنگی عایقی) دارد. از آنجا که آمار دقیق و نقطه‌ای برای تمام مناطق در دسترس نیست، منحنی‌های «ایزوکرونیک» (منحنی‌های هم‌تراز صاعقه) که توسط دانشگاه امیرکبیر و با همکاری سازمان هواشناسی تهیه شده است، ملاک عمل قرار می‌گیرد.
11. کلاسه بندی مقاومت الکتریکی ویژه خاک
جهت محاسبات شبکه زمین (ارتینگ) از قبیل محاسبه ولتاژهای گام، تماس، ولتاژ انتقالی و مقاومت نهایی شبکه، مقدار مقاومت الکتریکی ویژه خاک (ρ) در ۶ کلاس به شرح ذیل طبقه‌بندی می‌شود:
- کلاس A: برای خاک با مقاومت ویژه (ρ) بین ۰ تا ۵۰ اهم متر.
- کلاس B: برای خاک با مقاومت ویژه (ρ) بین ۵۰ تا ۱۰۰ اهم متر.
- کلاس C: برای خاک با مقاومت ویژه (ρ) بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ اهم متر.
- کلاس D: برای خاک با مقاومت ویژه (ρ) بین ۱۵۰ تا ۲۰۰ اهم متر.
- کلاس E: برای خاک با مقاومت ویژه (ρ) بین ۲۰۰ تا ۲۵۰ اهم متر.
- کلاس F: برای خاک با مقاومت ویژه (ρ) بین ۲۵۰ تا ۳۰۰ اهم متر.
مقاومت‌های ویژه بالاتر از ۳۰۰ اهم متر باید به‌صورت موردی و خاص تحت بررسی قرار گیرند. در طراحی‌های نمونه برای شبکه زمین (تک‌لایه یا دو‌لایه)، مقادیر مقاومت ویژه لایه‌ها به این اعداد محدود شده‌اند.
12. کلاسه بندی مقاومت مکانیکی خاک
جهت محاسبات مکانیکی فونداسیون تجهیزات و ساختمان‌ها، مقاومت مکانیکی (تنش مجاز) خاک در 4 کلاس به شرح ذیل طبقه‌بندی می‌گردد:
- کلاس A: برای مناطق با مقاومت خاک بین ۰.۵ تا ۰.۷۵ kg/cm^2.
- کلاس B: برای مناطق با مقاومت خاک بین ۰.۷۵ تا ۱.۰ kg/cm^2.
- کلاس C: برای مناطق با مقاومت خاک بین ۱.۰ تا ۱.۳ kg/cm^2.
- کلاس D: برای مناطق با مقاومت خاک بیش از ۱.۵ kg/cm^2.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
