تبلیغات
مهندسی برق دانشگاه آزاد مسجدسلیمان - مقاله ای در مورد "انتقال انرژی الکتریکی" ...
***به وبلاگ مهندسی برق دانشگاه آزاد مسجدسلیمان خوش آمدید*** چکیده پروژه کارشناسی کل گرایشهای برق*** لطفا پس از مشاهده مطالب ارائه شده نظر خود را مطرح کنید*** ترس از وارد شدن در هر کار، شکست را به همراه دارد***


انتقال انرژی الکتریکی


 

انتقال انرژی الکتریکی یا "انتقال با ولتاژ بالا" یک انتقال وسیع و گسترده انرژی الکتریکی از نیروگاه تولید برق تا پست های واقع در نزدیکی مراکز انسانی و مصرفی است. این موضوع از سیم کشی بین ایستگاه های ولتاژ بالا و مصرف کننده ها ،که شبکه توزیع نامیده می شود ،جداست. در ایالات متحده ، این ها اصولاً "شبکه انرژی " و یا به طور خلاصه "شبکه " نامیده می شود . در آمریکای شمالی سه شبکه اصلی وجود دارد: شبکه (اتصالات) داخلی غربی،شبکه داخلی شرقی وشبکه انجمن الکتریکی تگزاس .

از نظر تاریخی ، خطوط انتقال و توزیع توسط یک شرکت پشتیبانی می شد ، اما در طی دهه ها ، کشورهای زیادی زیربنای تجاری جدیدی معرفی کردند، که باعث جدا شدن تجارت انتقال الکتریسیته از تجارت توزیع برق شد.

خطوط انتقال بیشتر از جریان متناوب سه فاز استفاده میکند ، اگرچه جریان متناوب تک فاز گاهی در سیستم های برقرسانی راه آهن استفاده میشود . فناوری جریان مستقیم با ولتاژ بالا (HVDC) فقط در مسافت های طولانی (معمولاً بیشتر از 400 مایل ،یا 600 کیلومتر)،کابل های درون دریا (معمولاً بیشتر از 30 مایل یا 5 کیلو متر)، یا برای ارتباط دو شبکه غیر هماهنگ  AC ، استفاده می شود .

الکتریسیته در ولتاژ بالا (110 کیلوولت یا بیشتر) انتقال می یابد تا انرژی که در مسافت های طولانی درون سیم تلف می شود کاهش یابد. انرژی اکثراً از طریق خطوط انرژی هوایی انتقال می یابد . انتقال زیر زمینی انرژی هزینه های قابل توجه و بدتر از آن محدودیت های اجرائی دارد اما گاهی اوقات در مناطق شهری یا مناطق حساس به کار برده میشود ....

یکی از محدودیت های توزیع برق ،با صرف نظر از موارد جزئی ،این است که نمی توان انرژی الکتریکی را ذخیره کرد ،بنابراین باید همزمان با نیاز تولید شود . یک سیستم پیچیده کنترل نیاز است تا انرژی الکتریکی را همزمان با تقاضا تولید کند و تحویل دهد.

اگر تقاضا با عرضه در تعادل نباشد،تاسیسات و تجهیزات تولید و انتقال از کار می افتند و در بدترین حالت به حاشیه رانده می شوند ،مانند اتفاقی که برای شبکه کالیفرنیا و ایالات متحده در 1996 و برای شمال شرقی ایالات متحده در سال 1965،1977 و 2003 افتاد. برای کاهش احتمال چنین شکست هایی ، شبکه انتقال انرژی به شبکه های پهن ناحیه ای ،ملی و یا قاره ای متصل شد، و از این طریق خطوط انرژی چندگانه مازاد در مواقعی که مشکل بوجود می آید(مانند خرابی تجهیزات)، فراهم شود. تحلیل های بسیاری که از سوی شرکت های انتقال صورت گرفته نشان می دهد، حداکثر ظرفیت قابل اطمینان هر خط  اکثراً کمتر از حد فیزیکی و گرمایی آن است، بدین منظور اقداماتی برای تامین ظرفیت اضافی  در مواقع نقص و کمبود انرژی در قسمت های دیگر شبکه صورت گرفت.

 

 

انتقال از طریق هوا

سیم های هوایی ولتاژ بالا عایق بندی نشده اند. ماده سیم های هادی معمولاً همیشه آلیاژ آلومینیوم است، و در چندین لایه و احتمالاً محکم شده با رشته های فولاد می باشد.مس گاهی اوقات برای انتقال هوایی استفاده می شود ولی آلومینیوم به دلیل سبکتربودن و قیمت پایین تر در مواردمصرفی مشابه بیشتر استفاده می شود . سیم های هوایی توسط چندین شرکت جهانی تولید می شوند. بهبود یافتن ماده سیم ها و شکل آن ها باعث افزایش ظرفیت و مدرنیزه شدن فرایند انتقال می شود. اندازه سیم ها بین 12میلیمتر مربع تا 750میلیمتر مربع ،با مقاومت و ظرفیت جابجایی جریان متفاوت ساخته میشود. سیم های ضخیم باعث افزایش ظرفیت میشود (به دلیل اثر سطحی که موجب نزدیک شدن جریان به سطح سیم میشود).

 

امروزه ، سطح ولتاژ انتقال معمولاً 110 کیلوولت و بالاتر است. ولتاژهای کمتر از 66کیلوولت و 33کیلوولت معمولاً در انتقال های کوچک استفاده میشود اما گاهی اوقات در خطوط طولانی با بار کم هم مورد استفاده قرار میگیرند. ولتاژهای کمتر از 33 کیلوولت معمولاً برای توزیع بکار می رود.ولتاژهای بالاتر از 230 کیلوولت به عنوان ولتاژهای فوق العاده بالا مطرح هستند و طرح های متفاوتی احتیاج است تا تجهیزات با ولتاژ کمتر از آن استفاده کنند.

از آنجایی که سیم های انتقال بدون عایق هستند، طراحی های این خطوط به گونه ای است که حداقل فضای آزاد را احتیاج داشته باشد تا امنیت حفظ شود. شرایط جوی نامساعد مانند وزیدن باد و دمای کم باعث قطع برق میشود، باد با سرعت 23نات (43کیلومتربرساعت) باعث میشود سیم ها از حدفضای آزاد کاری خود تجاوز کنند ،که در نتیجه باعث تخلیه الکتریکی و قطع برق میشود.حرکت های نوسانی سیم ها باعث لرزش میشود که بستگی به فرکانس و دامنه نوسان دارد.

 

 

انتقال زیرزمینی

انرژی الکتریکی به جای خطوط هوایی همچنین می تواند از طریق کابل های زیر زمینی انتقال یابد. آن ها در مناطق زیر به انتقال انرژی کمک میکنند :

·        مناطق شهری متراکم

·        مناطقی که خشکی وجود ندارد

·        رودخانه ها و دیگر موانع طبیعی

·        مناطق تاریخی و قدیمی

·        مناطقی که از نظر نظامی با اهمیت هستند

·        زمین هایی که برای توسعه شهری و روستایی با ارزش هستند

 

دیگر مزیت های کابل های زیر زمینی

·        آسیب دیدن کمتر سیم ها در اثر شرایط آب و هوایی سخت (تابش شدید ،باد و یخ زدن )

·        کاهش امواج میدان الکترومغناطیس در نواحی مجاور. همه ی جریان های الکتریکی میدان الکترومغناطیسی تولید می کنند ،اما فراهم آمدن کابل های زیرزمینی دامنه و انرژی آن را محدود میکند.

·        کابل های زیر زمینی فضایی باریک در حدود 1 تا 10 متر برای راه اندازی و نصب تجهیزات احتیاج دارد در صورتی که خطوط هوایی به فضایی در حدود 20 تا 200 متر از نظر امنیت ،نگهداری و تعمیرات احتیاج دارد .

·        کابل های زیرزمینی هیچ مشکلی برای پرواز در ارتفاع کم ایجاد نمی کند و حیات وحش را به به خطر نمی اندازد، از آنجایی که هیچ خطر تماسی وجود ندارد ،تا حدودی باعث ایمنی میشود. (به جز برای حفار ناآگاه!)

·        کاهش دزدیدن سیم ها ،اتصالات غیرقانونی ،عملیات خرابکاران، آسیب دیدن کمتر در درگیری های مسلحانه .

برخی از ضعف های کابل های زیرزمینی

·        انتقال از طریق زمین گران تر است، به این دلیل که قراردادن کابل های انتقال برق چندین برابر خطوط هوایی هزینه بردار تر است، و قمیت یک دوره کابل های زیر زمینی 2 یا 3 برابر قمیت سیم های هوایی است.

·        تعمیر خطوط هوایی در مواقع قطعی درعرض یک ساعت تکمیل میشود اما تعمیر کابل های زیرزمینی روزها یا شاید هفته ها وقت ببرد، که در این مواقع خطوط اضافی شروع به کار میکنند.

·        کابل های زیر زمینی چون نزدیک به زمین هستند تضمینی برای سلامتی انسان وجود ندارد ، در صورتی که کابل های هوایی این چنین نیستند.

·        از آنجایی که توان راکتیو بالای کابل های زیرزمینی یک جریان شارژ ایجاد میکند ،کنترل ولتاژ را سخت تر می کند.

مزیت های آن در مواردی بر ضعف های آن از جمله هزینه بر بودن سرمایه گذاری و گران تر بودن نگهداری و مدیریت ،مهمتر و پررنگ تر است.

اکثر کابل های انتقال انرژی که به فروش می رسد ، دارای عایقی چندلایه از پلی اتیلن(XLPE) است، و یک پوشش آلومینیومی در اتصال با عایق های پلی اتیلن برای یکپارچه شدن فیبرهای نوری با کابل، وجود دارد .قبل از سال 1960، کابل های زیرزمینی توسط روغن و کاغذ عایق بندی میشدند و درون لوله فولادی محکم یا آلومینیوم یا روپوشش قرار میگرفتند. روغن از تغییر شکل در فضاهای خالی در اثر فشار که باعث تخلیه الکتریکی از طریق عایق می شد، جلوگیری می کرد. تعداد زیادی از این گونه کابل ها با پوشش روغن و کاغذ در دنیا وجود دارد، که هنوز استفاده می شوند. بین سالهای 1960 و 1990 ، پلیمر ها بیشتر EPDM (اتیلن پروپیلن داین کلاس M) به طور وسیع در توزیع ولتاژ مورد استفاده قرارگرفتند، اگرچه به خاطر عدم اطمینان به آن مخصوصاً در زمان XLPE (عایق های پلی اتیلن ) ، استفاده در فرایند انتقال به کندی پیش می رفت . از آنجایی که از کابل های انتقال 330کیلوولت که در ساختمان آن عایق XLPE به کار می رفت استفاده میشد، تنها در دهه های اخیر شاهد حضور عایق های پلیمری بوده ایم.

 

 

تاریخچه

 

در روزهای ابتدایی ظهور انرژی الکتریکی در تجارت ، انتقال انرژی الکتریکی با ولتاژهای مشابه برای روشنایی و راه اندازی وسایل مکانیکی ، فاصله بین نیروگاه و مصرف کننده ها را تحت تاثیر قرار داد. در 1882 ، تولید با جریان مستقیم بود ، که افزایش ولتاژ برای انتقال در مسافت های طولانی را امکان پذیر نمی ساخت.انواع مختلف وسایل الکتریکی (به طور مثال ،روشنایی، موتورهای ثابت ،و سیستم های راه آهن ) ولتاژ های متفاوتی احتیاج داشتند بنابراین به ژنراتورها و مدار های متفاوتی احتیاج بود.

به خاطر مشکل بودن و عدم بازده جدا کردن خطوط انتقال و اینکه احتیاج بود تا ژنراتورها نزدیک مصرف کننده ها باشد، به نظر می رسید باید صنعت جدیدی توسعه می یافت که امروزه به عنوان سیستم های شبکه توزیع شناخته میشود به شامل تعداد زیادی از ژنراتورهای بزرگ نزدیک مصرف کننده ها است.

در سال 1886 در "گریت برینگتون، ماساچوست" ، سیستم توزیع 1کیلوولت AC راه اندازی شد .که در همان سال سیستم توزیع 2کیلوولت AC با انتقال 30کیلومتری،در "سرچی،ایتالیا" شروع به کار کرد.در طی همایش AIEE در  16می ،1888، "نیکولاتسلا"، یک مقاله ای تحت عنوان "سیستم های جدید موتورها و تراسفورماتورهای جریان متناوب" مطرح کرد، که به تجهیزات اجازه تولید موثر و استفاده از جریان های متناوب چند فازی را می داد. ترانسفورماتور،و موتورهای القایی چندفازی و تک فازی تسلا، اساساً برای ترکیب سیستم های توزیع AC هم برای روشنایی و هم ماشین آلات بود.

مالکیت حقوق اختراع تسلا یک امتیاز کلیدی برای کمپانی "وستینگ هوس" در کامل کردن سیستم های انرژی جریان متناوب هم برای روشنایی و هم انرژی مصرفی داشت.

 

برای استفاده از تاثیر گذارترین اختراع الکتریکی، سیستم جهانی از تراسفورماتورها برای ارتقاء ولتاژ ژنراتور ها به ولتاژ بالای خطوط انتقال ،و سپس کاهش ولتاژ برای مدارات توزیع محلی و مصرف کننده ها استفاده کرد. با انتخاب مناسب فرکانس موردنیاز،هم احتیاجات سیستم روشنایی و هم مصرف کننده های موتوری برآورده میشد . مبدل های روتوری و بعد از آن والوهای(valve) قوسی شکل و دیگر یکسوکننده ها این امکان را بوجود آوردند تا هرجا لازم باشد جریان DC فراهم شود.

نیروگاه ها و مصرف کننده به دلیل متفاوت بودن فرکانسشان برای برقراری ارتباط احتیاج به استفاه از مبدل های روتوری داشتند. با استفاده همه نوع مصرف کننده از نیروگاه برق عمومی ، اهمیت صرف جویی در مقیاس وسیع پررنگ شد، کمتر شدن سرمایه گذاری های ثابت خواسته شد،ضریب بار خارجی نیروگاه ها برای بازده بالاتر افزایش یافت ،و قیمت برای مصرف کننده ها کاهش و استفاده از انرژی الکتریکی افزایش کلی یافت.

با امکان اتصال چند نیروگاه چندفازی در یک ناحیه وسیع ، هزینه تولید برق کاهش یافت . تجهیزات های با بازده بالاتر برای تحویل برق به  مصرف کننده های متفاوت در دسترس قرار گرفت.

اعتماد را به خود جذب کرد و قیمت سرمایه گذاری های ثابت کاهش یافت ، از اینرو ظرفیت تولیدی بین مصرف کننده ها و ناحیه ی وسیع تر جغرافیایی تقسیم شد.منابع خارج از دسترس ،مانند نیروی هیدروالکتریکی(وابسته به تولید نیروى برق بوسیله آب یا بخار) و معادن ذغال سنگ می توانست مورد بهره برداری قرار گیرد تا هزینه های تولید انرژی کاهش یابد.

اولین انتقال جریان متناوب سه فاز ولتاژ بالا در نمایشگاه الکتریسیته بین المللی فرانکفورت در 1891 اتفاق افتاد. یک خط انتقال 25کیلوولت ،تقریباً به طول 175کیلومتر "لافن در نکر " را به "فرانکفورت" وصل کرد.

استفاده از ولتاژ برای انتقال انرژی الکتریکی در طول قرن بیستم افزایش یافت ،به طوری که در 1914 ،55 سیستم انتقال که هرکدام بیش از 70کیلوولت را انتقال می داد در اختیار بود. بالاترین ولتاژی که پس از آن استفاده شد 150kv بود.

سرعت صنعتی شدن در قرن بیستم ،خطوط انتقال و شبکه ها را قسمت حیاتی زیرساخت کشورهای صنعتی کرده بود. اتصال نیروگاه های منطقه ای و شبکه های توزیع ، با احتیاجات جنگ جهانی اول دچار تغییر شد ، به طوری که نیروگاه های بزرگ تولید برق توسط دولت برای فراهم کردن انرژی کارخانه های اسلحه سازی ساخته شد . بعدها این نیروگاه ها به شبکه داخلی برای مصرف کننده های دوردست اضافه شد.

آرشیو مطالب
نظرسنجی اساتیدبرق
لطفا استاد مورد علاقه خودتان را انتخاب کنید...؟









صفحات وبلاگ
پیوند های روزانه

امکانات جانبی
ابتدا نیت کنید سپس با ذکر سه صلوات کلیک کنید

از این بازی اعتیادآور آنلاین لذت ببرید
بازی آنلاین فرودگاه

دانلود

شادزیست

قالب وبلاگ

لیمونات

تک باکس

دانلود نرم افزار