معیارهای اساسی در طراحی پست فشار قوی
- حمید زینالی
- شبکه برق, طراحی و تجهیزات پست فشار قوی, وبلاگ
- 1405/02/09
- این مقاله بروزرسانی شده 13 خرداد 1405
معیارهای اساسی در طراحی انواع پست فشار قوی
در طراحی انواع پست فشار قوی، مجموعهای از اصول و مفاهیم اساسی وجود دارد که با توجه به سطح ولتاژ پست، متفاوت هستند. این مسائل طراحی در ۶ دستهی اصلی طبقهبندی میشوند:
۱. شرایط محیطی: بررسی وضعیت آبوهوا و ویژگیهای محل نصب تجهیزات.
۲. اطلاعات شبکه: بررسی طرح کلی شبکه قدرت.
۳. قابلیت دسترسی: اطمینان از وجود مسیرهای مختلف برای تغذیه و برقرسانی.
۴. انتقال و توزیع: بررسی معیارهای توزیع انرژی الکتریکی.
۵. سهولت کلیدزنی: طراحی به شکلی که عملیات قطع و وصل بهراحتی انجام شود.
۶. ایمنی: رعایت تمام ملاحظات و ضروریات ایمنی.
شرایط محیطی و محل استقرار تجهیزات
در ادامه، جزئیات مربوط به شرایط محیطی و محل استقرار تجهیزات (که مختص پست فشار قوی است) بررسی میشود:
- انتخاب بین نصب در فضای داخلی (Indoor) یا فضای بیرونی (Outdoor).
- استفاده از سوئیچگیرهای معمولی، گازی (GIS) یا ترکیبی.
- تعیین دقیق فاصله خزش و طول جرقه.
- حفاظت در برابر خوردگی
- ایمنی در برابر زمین لرزه
- ساختمان سازی
- کاربرد تجهیزات
- محاسبات اتصال کوتاه
- سیستمهای حفاظت و رله
- حفاظت در برابر صاعقه
- نحوه زمین کردن نقاط صفر ژنراتورها و ترانسفورماتورها
- هماهنگی عایقی
- شینهبندی و چیدمان انواع پست فشار قوی
- مسیرهای مختلف تغذیه بار
- طرح و ترکیب انشعابات خط و ترانسفورماتورها و …
- انتخاب تجهیزات
- طرح و شمای کلی شبکه
- انتقال ـ توزیع و تبادل الکتریکی
- توسعه آینده پست یا سوئیچگیر
- طراح و محاسبه ترانسفورماتورهای اندازهگیری
- سهولت در انجام کلیدزنی
- فرمان دستی/اتومات
- فرمان محلی/ ریموت (کنترل از راه دور)
- حفاظت در برابر آتشسوزی
- حفاظت در برابر تماس با تجهیزات تحت ولتاژ
مراحل طراحی پست فشار قوی
طراحی یک پست فشار قوی شامل فرآیندهای دقیقی است که بهطور خلاصه در دو گام اصلی بررسی میشود:
1. ضرورت احداث پست فشار قوی
پیش از هر اقدامی، نیاز به ساخت پست جدید باید از جنبههای مختلف تایید شود. این ضرورت بر اساس نکات زیر مشخص میگردد:
- بررسی فنی و اقتصادی: تحلیل هزینهها و منافع پروژه با نگاه به روند رشد مصرف بار و برنامههای توسعهای دولت در بازه ۱۰ تا ۱۵ سال آینده.
- شناسایی مراکز ثقل بار: بررسی چگونگی توزیع انرژی و تعیین دقیق مناطق پرمصرف و پرجمعیت.
- تحلیل شبکه توزیع: ارزیابی ظرفیت و نیازهای خاص شبکه توزیع در منطقه مورد نظر.
- محاسبه افت ولتاژ و تلفات: برآورد میزان اتلاف انرژی در وضعیت موجود و پیشبینی بهبود آن پس از احداث پست.
- ارزیابی زیرساختهای موجود: بررسی وضعیت شبکههای فشار قوی و فشار متوسط فعال در منطقه.
- بررسی گزینههای جایگزین: مطالعه راهکارهای مختلف برای انتقال انرژی به منطقه، مانند بهرهگیری از نیروگاههای محلی.
2. تعیین محل احداث پست فشار قوی
انتخاب مکان مناسب برای پست بر اساس معیارهای فنی و لجستیکی زیر صورت میگیرد:
- نزدیکی به مصرفکننده: محل احداث پست باید تا حد امکان به مرکز ثقل بار و مراکز جمعیتی نزدیک باشد تا افت ولتاژ کاهش یابد.
- امکان تغذیه پایدار: منطقه انتخاب شده باید پتانسیل اتصال به شبکه فشار قوی سراسری را داشته باشد.
- قابلیت توسعه: فضای کافی برای گسترش تجهیزات و افزایش ظرفیت پست در سالهای آینده وجود داشته باشد.
- عدم تداخل با طرحهای عمرانی: زمین انتخاب شده نباید در محدوده سایر پروژههای عمرانی، خدماتی یا تأسیساتی باشد.
- امکان خروج خطوط: مسیرهای لازم برای اجرای خطوط خروجی و برقرسانی به مناطق اطراف فراهم باشد.
- دسترسی به جادههای اصلی: جهت سهولت در حمل و نقل تجهیزات سنگین، زمین پست باید به جادههای اصلی دسترسی داشته باشد.
- رعایت حریم تأسیسات: حفظ فاصله مجاز با لولههای گاز، نفت، جادهها و سایر تأسیسات زیربنایی.
- دوری از آلایندهها: حتیالامکان دور بودن از مراکز صنعتی دودزا، کارخانجات و مناطق با آلودگی محیطی بالا.
- تأمین منابع: امکان آبرسانی مناسب به پست فشار قوی فراهم باشد.
- آمادهسازی زمین: شرایط زمین برای عملیات ساختمانی (خاکبرداری و بتنریزی) مناسب و از نظر اقتصادی بهصرفه باشد.
- ایمنی در برابر حوادث طبیعی: زمین پست فشار قوی نباید در مسیر سیلابهای فصلی یا مسیلها قرار داشته باشد.
- حفظ اراضی کشاورزی: اولویت انتخاب زمین با زمینهای بایر و غیرکشاورزی باشد.
- مسئولیت اجتماعی: احداث پست فشار قوی نباید باعث بروز اختلال در روند عادی زندگی ساکنان مناطق مجاور شود.
3. تعیین ظرفیت ترانسفورماتورهای قدرت
در این مرحله، ظرفیت ترانسفورماتورها بر اساس معیارهای فنی زیر محاسبه و انتخاب میشود:
- تحلیل بار مصرفی: تعیین دقیق میزان مصرف در طول ۲۴ ساعت و شناسایی زمان اوج مصرف (پیک بار).
- آیندهنگری: پیشبینی متوسط بار برای ۱۰ تا ۱۵ سال آینده با در نظر گرفتن طرحهای توسعه منطقه.
- ضریب اطمینان: انتخاب ظرفیت ترانسفورماتورها بین ۱.۵ تا ۲.۵ برابر پیک بار (با رعایت ملاحظات اقتصادی).
- سیستم رزرو: برای تضمین پایداری، همیشه یک یا دو ترانسفورماتور به عنوان رزرو در نظر گرفته میشود. به عنوان مثال، اگر ظرفیت کل ۲ برابر مصرف انتخاب شود، این ظرفیت بین ۲ یا ۳ ترانسفورماتور تقسیم میگردد تا در صورت خروج یکی، بقیه توان تأمین بار را داشته باشند.
- اهمیت تداوم سرویس: نوع بار مصرفی و حساسیت آن برای جلوگیری از قطع برق، تأثیر مستقیمی بر تعداد و ظرفیت ترانسها دارد.
4. تهیه نقشههای اولیه پست فشار قوی
پس از تعیین ظرفیتها، نوبت به طراحی نقشههای پایه میرسد که مهمترین آنها عبارتند از:
- نقشه تکخطی (Single Line Diagram): این نقشه اولین و مهمترین گام در طراحی پست است. در این طرح، نوع شینهبندی، تعداد خطوط ورودی و خروجی، و تعداد و آرایش ترانسفورماتورها بهطور دقیق مشخص میشود.
- نقشههای جانمایی (Layout): تهیه نقشههای نمای جانبی (Elevation)، افقی (Plan) و قائم تجهیزات؛ این نقشهها شامل محل دقیق استقرار تجهیزات، پایههای فلزی نگهدارنده و فونداسیونهای بتنی است.
- نقشههای ساختمانی: طراحی معماری و سازه ساختمان پست، از جمله تعیین محل دقیق اتاق فرمان، اتاق حفاظت، باتریخانه و سایر بخشهای اداری.
- طرح سیستم حفاظت: تعیین نوع حفاظتهای مورد نیاز برای ترانسفورماتورها، خطوط ورودی/خروجی و سایر تجهیزات اصلی قدرت.
- جانمایی تابلوها: تعیین محل دقیق استقرار تابلوهای فرمان، حفاظت، کنترل و تابلوهای توزیع قدرت.
5. طراحی، محاسبه و تعیین مشخصات فنی تجهیزات پست
این مرحله، هسته اصلی طراحی مهندسی است و شامل موارد متعددی میشود که مهمترین آنها عبارتند از:
۱. محاسبات اتصال کوتاه: انجام محاسبات با در نظر گرفتن توسعه آینده شبکه؛ نتایج این بخش در انتخاب تمامی تجهیزات پست نقش حیاتی دارد.
۲. طراحی شینهبندی: محاسبه و تعیین سایز و نوع باسبارها بر اساس جریان نامی و جریان خطا.
۳. مشخصات فنی ترانسفورماتورها: تهیه دفترچه مشخصات فنی دقیق برای ترانسفورماتورهای قدرت.
۴. انتخاب کلیدهای قدرت: انجام محاسبات لازم برای انتخاب بریکرها و سکسیونرها.
۵. هماهنگی عایقی: محاسبات مربوط به هماهنگی سطوح عایقی و انتخاب برقگیرهای مناسب جهت حفاظت در برابر اضافه ولتاژها.
۶. طراحی سیستم ارتینگ: طراحی و محاسبه دقیق شبکه زمین پست برای تضمین ایمنی پرسنل و تجهیزات.
۷. ترانسفورماتورهای اندازهگیری: محاسبه و انتخاب ترانسهای ولتاژ و جریان.
۸. سیستمهای حفاظتی: تعیین مشخصات فنی رلهها، انتخاب نوع حفاظت و انجام محاسبات مربوط به تنظیمات رلهها.
۹. تجهیزات اندازهگیری: تعیین نوع و مشخصات دستگاههای نمایشگر و اندازهگیری پارامترهای الکتریکی.
۱۰. مصارف داخلی: طراحی و محاسبات مربوط به سیستم برق اضطراری و مصارف داخلی متناوب پست.
۱۱. جبرانسازها: محاسبات مربوط به انتخاب راکتورها و بانکهای خازنی.
۱۲. مدارهای فرمان و کنترل: طراحی دقیق مدارهای فرمان و اینترلاکها.
۱۳. کابلکشی: محاسبه سایز و انتخاب کابلهای قدرت، کابلهای کنترل و خطوط هوایی.
۱۴. سیستم مخابراتی: طراحی سیستم ارتباطی خط گرم برای تبادل داده و حفاظت.
۱۵. طراحی سازه: محاسبه فونداسیونهای بتنی و طراحی پایههای فلزی نگهدارنده تجهیزات.
۱۶. نقشههای اجرایی: تهیه نهایی تمامی نقشههایی که برای شروع عملیات ساخت و نصب ضروری هستند.
زمین و ابعاد پستهای فشار قوی
نمونهای از پست فوقتوزیع ۶۳/۲۰ کیلوولت
در طراحی پستهای فوقتوزیع، انتخاب مکان مناسب، تعیین ابعاد دقیق و توجه به موقعیت جغرافیایی (بهویژه قرارگیری در مرکز ثقل بار) اهمیت بسیار بالایی دارد.
شایان ذکر است که در طراحیهای مدرن، پستهای فشار قوی (مانند پستهای ۶۳/۲۰ کیلوولت) بهصورت تیپبندی شده طراحی میشوند.
در این مدل، کلیه پیشبینیهای لازم از جمله فضاها، استراکچرها (سازههای فلزی)، فونداسیونها و سیستمهای جانبی (نظیر تغذیه داخلی AC و DC) بر اساس ظرفیت نهایی و کامل پست در نظر گرفته میشوند.
به این ترتیب در زمان بهرهبرداری اولیه، تنها تجهیزات اصلی نصب شده و توسعه سایر مدارها به آینده موکول میگردد. (نمونه دیاگرامهای تکخطی نوع A و B در بخشهای بعد آورده شده است).
ابعاد و مساحت زمین:
پستهای استاندارد ۶۳/۲۰ با توجه به محل قرارگیری اتاق کنترل و نوع سوئیچگیرهای ۶۳ کیلوولت، در ابعاد متفاوتی احداث میشوند. با این حال، ابعاد دقیق زمین تابع شرایط زیر است:
- موقعیت جغرافیایی: شکل زمین ممکن است بر اساس محدودیتهای محلی تغییر کند.
- راههای دسترسی: یکطرفه یا دوطرفه بودن جادههای منتهی به پست در چیدمان نهایی تأثیرگذار است.
پارامترهای اساسی در انتخاب زمین و ابعاد آن
در سالهای اخیر، رعایت موارد زیر برای انتخاب زمین الزامی گشته است:
۱. ورود و خروج خطوط: بررسی نحوه ورود خطوط فشار قوی (H.V) و خروج خطوط فشار متوسط (M.V).
۲. مرکز ثقل بار: نزدیکی به کانون مصرف برای کاهش تلفات و افت ولتاژ.
۳. مطالعات ژئوتکنیک: بررسی وضعیت خاک (سنگی بودن یا وجود گل نرم) که تأثیر مستقیمی بر هزینههای خاکبرداری و فونداسیون دارد.
۴. جاده دسترسی: وجود مسیر مناسب برای انتقال تجهیزات فوق سنگین به محل پست.
۵. مخاطرات طبیعی: بررسی احتمال رانش زمین در حاشیه پست یا حوادث غیرمترقبهای مانند سیلگرفتگی (که در برخی استانها حیاتی است).
در برخی شهرها، زمین پست بهگونهای انتخاب میشود که از دو طرف به جاده دسترسی داشته باشد. این ویژگی به بهرهبرداران کمک میکند تا در زمان بروز حوادث یا عملیات تعمیر و نگهداری، دسترسی سریعتر و ایمنتری به بخشهای مختلف پست داشته باشند.
طراحی و استانداردهای مشخصات عمومی پست
در طراحی یک پست فشار قوی، پیش از هر چیز باید مشخصات عمومی آن تدوین شود. این مشخصات عمدتاً تحت تأثیر عوامل زیر تعیین میگردند:
- اتصالات الکتریکی منطقه و آرایش شبکه.
- شرایط محیطی و اقلیمی محل احداث.
- میزان بار مورد نیاز و ویژگیهای فنی مصرفکنندگان.
- محدودیتهای فضایی و محلی برای استقرار تجهیزات.
- محدودیتهای زمانی جهت رسیدن به مرحله بهرهبرداری.
1. انتخاب مکان و زمین پست
همانطور که پیشتر اشاره شد، ضرورت احداث و تعیین محدوده تقریبی محل پست، بر اساس مطالعات جامع بار و برنامهریزی استراتژیک شبکه صورت میگیرد. هدف نهایی در این بخش، یافتن نقطهای است که علاوه بر توجیه فنی، کمترین هزینه انتقال و بیشترین بازدهی را برای شبکه به همراه داشته باشد.
برای انتخاب محل دقیق زمین پست، عوامل متعددی باید مورد توجه قرار گیرند. برخی از این عوامل به مشخصات الکتریکی (مانند جانمایی یا Layout، سهولت ورود و خروج فیدرها و امکان توسعه آتی) و برخی دیگر به شرایط جغرافیایی و منطقهای بستگی دارند. توجه به این مسائل، فرآیند احداث را تسهیل کرده و هزینهها را بهشکل چشمگیری کاهش میدهد.
معیارهای جغرافیایی و محیطی
- ایمنی در برابر سیلاب: بررسی دقیق مسیر سیلابهای فصلی منطقه جهت جلوگیری از آبگرفتگی پست.
- مطالعات خاک: بررسی عوارض طبیعی زمین، وضعیت خاکبرداری، خاکریزی و نوع خاک (جهت برآورد هزینههای عمرانی).
- آبهای زیرزمینی: بررسی سطح آبهای زیرزمینی برای طراحی فونداسیون و سیستمهای زهکشی.
- مدیریت آبهای سطحی: پیشبینی امکانات لازم برای جمعآوری و هدایت آبهای ناشی از بارندگی.
- بافت شهری و هزینه تملک: توجه به روند توسعه شهرها و برآورد هزینههای خرید زمین.
- لجستیک ساخت: دسترسی مناسب به منابع تأمین مصالح ساختمانی و نیروی کار.
- تداخل با تأسیسات آتی: بررسی پروژههای آینده در منطقه که ممکن است مسیر ورود و خروج خطوط پست را مسدود یا محدود کنند.
دستهبندی انواع پستهای فشار قوی
پستها در یک تقسیمبندی کلی به دو نوع روباز (Outdoor) و سرپوشیده (Indoor) تقسیم میشوند. هر یک از این انواع، با توجه به نوع عایق (هوا یا گاز SF6)، به دستههای زیر تقسیم میگردند:
1. پستهای روباز (Outdoor)
نوع معمولی (Conventional/AIS): که در آن از هوای آزاد بهعنوان عایق بین تجهیزات استفاده میشود.
نوع گازی (GIS): که تجهیزات در محیط گاز SF6 قرار دارند اما در فضای باز نصب میشوند (عموماً برای ولتاژهای ۲۳۰ کیلوولت و بالاتر).
۲. پستهای سرپوشیده (Indoor)
معمولی (Conventional): تجهیزات با عایق هوا که درون ساختمان قرار میگیرند.
گازی (GIS): تجهیزات فشرده با عایق گاز که داخل سوله یا ساختمان نصب میشوند.
تابلویی (Metal-Clad): تجهیزاتی که بهصورت مجموعههای پیشساخته داخل تابلو قرار دارند.
پستهای سرپوشیده معمولی و تابلویی بیشتر برای ولتاژهای زیر ۱۰۰ کیلوولت (مانند ۲۰ و ۳۳ کیلوولت) مرسوم هستند. در مقابل، پستهای GIS روباز عمدتاً در سطوح ولتاژ بسیار بالا (۲۳۰ کیلوولت به بالا) کاربرد دارند.
مقایسه پستهای معمولی (روباز) و پستهای گازی (GIS)
برای انتخاب نوع پست، باید مزایا و معایب هر دو مدل را از جنبههای مختلف بررسی کرد. در اینجا به شش پارامتر کلیدی اشاره میکنیم:
الف) فضای مورد نیاز
تجهیزات پستهای روباز در فضای آزاد نصب شده و از هوای محیط بهعنوان عایق استفاده میکنند؛ به همین دلیل این پستها نسبت به نوع GIS فضای بسیار بیشتری اشغال میکنند. بررسیها نشان میدهد که فضای مورد نیاز برای یک پست روباز، با تعداد ورودی و خروجی مشابه، حداقل دو برابر فضای مورد نیاز برای یک پست GIS است.
ب) هماهنگی و سازگاری با انواع جانمایی (Layout)
پستهای GIS به دلیل ابعاد کوچکتر و ساختار ماژولار، در طراحی جانمایی تجهیزات از انعطافپذیری بسیار بیشتری نسبت به پستهای روباز برخوردار هستند. این موضوع در مناطقی که محدودیت زمین وجود دارد، یک مزیت حیاتی محسوب میشود.
ج) نیاز به پرسنل و تخصصهای خاص
از آنجایی که پستهای روباز از گذشته در شبکه برق ایران رایج بودهاند، اکثر واحدهای بهرهبردار تجربه و دانش کافی در این زمینه دارند. لذا از نظر نصب، راهاندازی، بهرهبرداری و تعمیرات، پستهای روباز نسبت به پستهای GIS از سهولت بیشتری برخوردار بوده و نیاز کمتری به آموزشهای تخصصی پیچیده دارند.
د) تجهیزات، لوازم یدکی و جایگزینی اضطراری
با توجه به تعداد بالای پستهای روباز در سطح کشور و بومیسازی ساخت بسیاری از تجهیزات آنها در داخل، تأمین قطعات یدکی و جایگزینی سریع قطعات در موارد اضطراری برای پستهای روباز بسیار آسانتر و مقرونبهصرفهتر از پستهای GIS است.
هـ) تأثیرپذیری از عوامل خارجی و محیطی
پستهای GIS به دلیل محصور بودن تجهیزات در محفظههای بسته، نسبت به آلودگیهای محیطی، شرایط جوی و ورود حیوانات یا پرندگان کاملاً مصون هستند. در مقابل، پستهای روباز هم در مرحله طراحی و هم در زمان بهرهبرداری، تأثیرپذیری بالایی از عوامل جوی و آلایندهها دارند که میتواند پایداری آنها را به خطر بیندازد.
و) ایمنی و قابلیت اطمینان
پستهای GIS به دلیل قرارگیری تجهیزات فشار قوی در محفظههای گاز SF6 و عدم دسترسی مستقیم به قسمتهای برقدار، ایمنی بسیار بالایی برای پرسنل فراهم میکنند. همچنین این ساختار محصور، احتمال خطا (Fault) روی شینهها و اتصالات را بهشدت کاهش داده و در نتیجه قابلیت اطمینان (Reliability) کل پست را افزایش میدهد.
ز) استمرار بهرهبرداری
عدم نیاز به تعمیرات دورهای مکرر در پستهای GIS، باعث شده است که تداوم سرویسدهی و استمرار بهرهبرداری در این پستها نسبت به نوع روباز (معمولی) بهمراتب بالاتر باشد.
ح) نشت گاز:
یکی از معایب اصلی پستهای GIS، احتمال نشت گاز SF6 و در نتیجه کاهش قدرت عایقی محفظههاست. البته با پیشرفتهای اخیر در تکنولوژی ساخت، این نقیصه تا حد زیادی برطرف شده و ضریب اطمینان تجهیزات افزایش یافته است.
با توجه به مزایا و معایب ذکر شده و بهویژه با در نظر گرفتن جنبههای اقتصادی، استفاده از پستهای معمولی (روباز) در اولویت است؛ مگر در موارد خاص که محدودیت شدید فضا یا آلودگی بسیار بالای محیطی وجود داشته باشد که در آن صورت، انتخاب پستهای GIS توجیه فنی و اقتصادی پیدا میکند.
دستهبندی انواع پستها از نظر کاربرد
در یک تقسیمبندی کلی، پستهای برق بر اساس وظیفهای که در شبکه بر عهده دارند به چهار دسته تقسیم میشوند:
- پست نیروگاهی
- پست کلیدزنی
- پست تبدیل
- پست توزیع
2. ظرفیت پست فشار قوی و تعداد فیدرهای ترانسفورماتور
ظرفیت یک پست تابع مستقیمی از عوامل زیر است:
- نتایج حاصل از برآورد بار منطقه.
- نوع و حساسیت بار (مسکونی، صنعتی و غیره).
- امکانات و ظرفیتهای فعلی شبکه.
- دستیابی به شبکه بهینه از نظر فنی و اقتصادی.
- پیشبینی توسعه آتی بار.
1. تحلیل تراکم بار:
برآورد بار در مناطق مختلف، فارغ از نوع کاربری، مقادیر متفاوتی را نشان میدهد. بهطور نمونه در مناطق مسکونی، تراکم بار را میتوان به چهار گروه اصلی تقسیم کرد:
- گروه اول: کلانشهرها با تراکم بار بسیار بالا.
- گروه دوم: شهرهای نسبتاً بزرگ (با جمعیت حدود ۱۰۰ هزار نفر) که دارای تراکم بار زیادی هستند.
- گروه سوم: شهرها و بخشهای معمولی با تراکم بار متوسط.
- گروه چهارم: مناطق روستایی و دورافتاده با تراکم بار کم.
2. حساسیت و نوع بار
این عامل مستقیماً بر میزان قدرت ذخیره ترانسفورماتورها تأثیر میگذارد. چیدمانها معمولاً به صورت زیر است:
- پستهای دو ترانسفورماتوره: در برخی موارد حساس، ۱۰۰ درصد قدرت رزرو در نظر گرفته میشود (آرایش n-1) تا در صورت خروج یک ترانس، دیگری کل بار را تحمل کند.
- پستهای سه ترانسفورماتوره: معمولاً یکی از سه ترانس به عنوان رزرو عملیاتی منظور میگردد.
- بارهای غیرحساس: در مواردی که حساسیت بار کمتر است، ممکن است تنها یک ترانسفورماتور بدون رزرو درجا نصب شود.
- پیشنهاد طراحی: توصیه میشود طراحی به گونهای باشد که در شرایط اضطراری، دستکم ۲۰ درصد از توان مورد نیاز پست از طریق سایر منابع (مانند پستهای مجاور در شبکه) قابل تأمین باشد.
3. بهینهسازی فنی و اقتصادی شبکه
در طراحی شبکههای انتقال و فوقتوزیع، همواره گزینههای متعددی با تعداد و ظرفیتهای مختلف بررسی میشوند. برای انتخاب بهترین گزینه، محاسبات زیر انجام میپذیرد:
- بررسی ظرفیت خطوط ارتباطی و محدودیتهای افت ولتاژ.
- تحلیل اقتصادی شامل هزینه احداث پستها، هزینه خطوط انتقال و مقدار تلفات انرژی.
- در نهایت، گزینهای که ضمن تأیید فنی، حداقل هزینه را به همراه داشته باشد، تعیینکننده ظرفیت نهایی پست خواهد بود.
توسعه آتی و ظرفیت نهایی
ظرفیت پست باید با نگاه به رشد بار منطقه در آینده تعیین شود. طراحی باید به گونهای باشد که تبدیل «ظرفیت فعلی» به «ظرفیت نهایی» با کمترین تغییرات در تجهیزات و حداقل هزینه ممکن انجام شود.
3. تعداد و نوع فیدرهای ورودی و خروجی
تعداد فیدرهای یک پست (اعم از خطوط یا کابلها) به پارامترهای زیر بستگی دارد:
- ظرفیت کل پست: متناسب با توان ترانسفورماتورها.
- موقعیت پست در شبکه: بررسی نقش پست در پایداری شبکه در حالت عادی و شرایط خطا (اضطراری).
- ظرفیت انتقال استاندارد: محدودیت جریاندهی کابلها و خطوط هوایی استاندارد شده در شبکه.
- اهمیت استراتژیک: حساسیت و نقش حیاتی پست در تغذیه مراکز مهم، عاملی مستقل در تعیین تعداد فیدرها برای افزایش قابلیت مانور است.
علاوه بر خطوط ۱۳۲ کیلوولت که معیار اصلی تعیین تعداد فیدرها هستند، در سطوح ولتاژ پایینتر نیز عوامل زیر نقش تعیینکنندهای دارند:
- فیدرهای ۲۰ و ۳۳ کیلوولت: تخصیص فیدر برای مشترکین خاص و صنعتی.
- فیدرهای خازنی: پیشبینی فیدرهای مخصوص برای اتصال بانکهای خازنی جهت جبرانسازی توان راکتیو.
4. سیستم شینهبندی پست فشار قوی
در انتخاب نوع شینهبندی و چیدمان تجهیزات یک پست، باید تعادلی بهینه میان جنبههای اقتصادی و الزامات فنی برقرار شود.
۱. جنبههای اقتصادی
در برآورد هزینهها، موارد زیر باید به دقت لحاظ گردند:
- هزینه خرید تجهیزات فشار قوی (بریکرها، سکسیونرها، ترانسهای اندازهگیری و …).
- هزینههای مربوط به سیستمهای حفاظت، کنترل و اتوماسیون. – هزینههای تملک زمین، احداث ساختمانها، سوله و اجرای فونداسیون تجهیزات.
- هزینههای جاری مربوط به تأمین پرسنل ماهر و تیمهای عملیاتی.
۲. جنبههای فنی
اهم پارامترهای فنی در انتخاب نوع شینهبندی عبارتند از:
الف) سادگی آرایش:
چیدمان تجهیزات باید تا حد امکان ساده و به دور از پیچیدگیهای اضافه باشد. سادگی آرایش مزایای زیر را به همراه دارد:
- تسهیل در بهرهبرداری و افزایش امنیت پرسنل.
- کاهش تعداد اینترلاکهای مورد نیاز و در نتیجه کاهش احتمال خطای عملکردی. – بینیازی از پرسنل با سطح تخصص بسیار پیچیده و کاهش هزینههای آموزشی.
- ایجاد فضای کاری مناسب برای عملیات تعمیر و نگهداری و افزایش ایمنی محیط کار.
ب) شرایط اقلیمی و فیزیکی:
عوامل محیطی مستقیماً بر انتخاب نوع شینهبندی و فواصل عایقی تأثیر میگذارند؛ از جمله:
- نوسانات دمایی، میزان بارندگی و ارتفاع از سطح دریا.
- میزان رطوبت و سطح آلودگی محیطی (که در تعیین نوع مقرهها و فواصل خزشی مؤثر است).
- ناهمواریهای زمین و محدودیتهای فضایی (گرانی یا کمبود زمین).
ج) قابلیت اطمینان (Reliability):
سیستم شینهبندی باید بهگونهای انتخاب شود که در صورت بروز خطا در یک بخش (مثلاً روی یک باسبار)، تداوم برقرسانی به سایر بخشها حفظ شده و کمترین میزان خاموشی به شبکه تحمیل گردد.
د) امکان توسعه آتی:
طراحی اولیه شینهبندی باید بهگونهای باشد که در آینده بتوان بدون نیاز به تغییرات گسترده یا خاموشیهای طولانیمدت، فیدرهای جدیدی به پست اضافه کرد. پیشبینی توسعه آتی در پستهایی که احتمال افزایش فیدر در آینده را دارند، باید از همان ابتدا در انتخاب نوع شینهبندی لحاظ گردد تا توسعه با کمترین خاموشی ممکن انجام شود.
علاوه بر توسعه، کلیدیترین عامل در انتخاب آرایش شینهبندی، قابلیت اطمینان (Reliability) مورد انتظار است. این پارامتر بر اساس معیارهای زیر تعریف و سنجیده میشود:
- درجه اهمیت، موقعیت و سطح ولتاژ پست در شبکه.
- ظرفیت پست و میزان بار عبوری.
- درجه اهمیت تداوم برقرسانی به فیدرها (پایداری شبکه).
- قابلیت انعطاف مورد انتظار در هنگام بهرهبرداری، تعمیرات و توسعه.
- محدودیتها و بودجه اقتصادی.
بررسی انواع شینهبندی و معیارهای انتخاب
در ادامه، ضمن معرفی انواع رایج شینهبندی، مزایا و معایب آنها بررسی میشود تا بر اساس معیارهای فنی و اقتصادی، بهترین گزینه انتخاب گردد.
در پستهای فوقتوزیع، انتخاب آرایشهای پرهزینهای مانند شینهبندی دوبل به صورت یکونیم کلیدی یا دو کلیدی معمولاً توجیه اقتصادی ندارد.
اگرچه این آرایشها پایداری بسیار بالایی فراهم میکنند، اما به دلیل هزینه گزاف تجهیزات، تنها در پستهای انتقال بسیار حساس (۲۳۰ یا ۴۰۰ کیلوولت) استفاده میشوند.
پستهای فوقتوزیع اکثراً بهصورت شعاعی یا در رینگِ باز تغذیه میشوند؛ لذا انتخاب شینه دوبل تأثیر چندانی در استمرار پایداری کل شبکه ندارد. مضاف بر اینکه احتمال وقوع خطا روی «باسبارها» (شینهها) بهمراتب کمتر از خطوط انتقال است.
از آنجایی که شینهها فاقد قطعات متحرک و مستهلکشونده هستند و حتی امکان شستوشوی آنها در حالت برقدار نیز وجود دارد، میتوان احتمال خطا روی این تجهیزات را به حداقل رساند. این موضوع ضرورت استفاده از شینه دوبل را کاهش میدهد.
شینهبندی دوبل علاوه بر هزینههای گزاف تجهیزات و کلیدهای اضافی، دارای پیچیدگیهای خاصی در بهرهبرداری است که مستلزم حضور پرسنل با سطح مهارت فنی بسیار بالاتر است.
5. لیاوت پست و نحوه استقرار تجهیزات
پس از تعیین ظرفیت پست، تعداد فیدرهای ورودی/خروجی و نوع شینهبندی، گام بعدی تهیه نقشههای جانمایی (Layout) است. این نقشهها محل دقیق استقرار تجهیزات در کنار یکدیگر، موقعیت ساختمانها، جادههای دسترسی و سایر بخشها را با در نظر گرفتن فواصل مجاز الکتریکی و ملاحظات بهرهبرداری نشان میدهند. طراحی بهینه لیاوت از اهم وظایف یک طراح برای تضمین ایمنی و سهولت در تعمیرات است.
6. ظرفیت جریانی فیدرها، تجهیزات و باسبارها
ظرفیت جریانی فیدرها و به تبع آن تجهیزات کلیدزنی و شینهها، تابع عوامل متعددی است:
- تعیین قدرتهای جاری در شبکه در هر دو حالت عادی و شرایط خطا.
- مطابقت با توان حرارتی خطوط اتصالی
- تبعیت از ظرفیتهای نامی و استانداردهای سازندگان تجهیزات.
- مطابقت با ظرفیتهای موجود در سیستم قدرت و منطقه مورد نظر.
- تبعیت از جریانات اتصال کوتاه
مطابقت تجهیزات با ظرفیت حرارتی خطوط متصل به پست از این جهت حائز اهمیت است که در آینده با رشد بار منطقه، چنانچه خطوط پتانسیل انتقال جریان بالاتری داشته باشند، نیازی به تعویض تجهیزات پست (جهت بهرهبرداری از حداکثر ظرفیت خط) نباشد.
در مورد ظرفیتهای تولیدی و استانداردهای سازندگان، با توجه به بازه وسیع آمپراژ موجود (معمولاً بین ۸۰۰ تا ۳۱۵۰ آمپر)، محدودیت خاصی در انتخاب تجهیزات وجود ندارد. در مناطق مختلف، ظرفیتهای ۸۰۰، ۱۲۵۰، ۱۶۰۰ و ۲۰۰۰ آمپر متداول هستند که در این میان، جریان ۱۲۵۰ آمپر پرکاربردتر از سایر مقادیر است.
با در نظر گرفتن استانداردهای بینالمللی (مانند IEC) در مورد جریان نامی تجهیزاتی نظیر دیسکانکتورها (سکسیونرها) و بریکرها، و همچنین با لحاظ کردن جریانهای اتصال کوتاه، میتوان نتیجه گرفت که ظرفیت جریانی فیدرها، تجهیزات و باسبارها عموماً در مقادیر ۸۰۰، ۱۲۵۰، ۱۶۰۰ و ۲۰۰۰ آمپر انتخاب میشوند. در اکثر موارد، ظرفیت ۱۲۵۰ آمپری بهطور کامل پاسخگوی نیازهای شبکه بوده و تنها در پروژههای خاص به ظرفیتهای بالاتر نیاز خواهد بود.
7. سطوح اتصال کوتاه
برای انتخاب قدرت اتصال کوتاه مناسب تجهیزات، توجه به پارامترهای زیر ضروری است:
الف) محاسبات شبکه: تعیین حداکثر قدرت اتصال کوتاه در شینهای مختلف پست، با در نظر گرفتن سناریوهای توسعه آتی شبکه.
ب) استانداردهای مرجع: رعایت سطوح اتصال کوتاه توصیه شده توسط مؤسسات استاندارد بینالمللی.
ج) توانمندی سازندگان: انطباق با سطوح اتصال کوتاه متداول که توسط شرکتهای سازنده تجهیزات ارائه میشود.
د) همخوانی با منطقه: هماهنگی با سطح اتصال کوتاه سایر تجهیزات موجود در شبکه منطقه.
8. سیستمهای جبران توان راکتیو
کنترل توان راکتیو یکی از ارکان اصلی در طراحی و بهرهبرداری از سیستمهای قدرت جریان متناوب (AC) است. این امر با اهداف زیر در شبکه صورت میگیرد:
- کاهش تلفات انرژی: با کاهش جریانهای راکتیو عبوری از خطوط و ترانسفورماتورها.
- کنترل و تنظیم ولتاژ: حفظ ولتاژ شبکه در بازه استاندارد و مجاز.
- ارتقای کیفیت توان: بهبود شاخصهای کیفی انرژی الکتریکی تحویلی به مشترکین.
- بهبود پایداری سیستم: افزایش ضریب پایداری شبکه در برابر نوسانات و تغییرات بار.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
