دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 141
مقدمه
فرآیند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرآیند معمولاً شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولید کننده به پستهای توزیع نزدیک شهرها یا مراکز تجمع صنایع است و از این پس یعنی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کنندهها در محدوده توزیع انرژی الکتریکی است. انتقال انرژی الکتریکی به ما اجازه میدهد تا به راحتی و بدون متحمل شدن هزینه حمل سوختها و همچنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوختها در نیروگاه, از انرژی الکتریکی استفاده کنیم. حال آنکه در بسیاری موارد موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیر ممکن است و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است.
به علت زیاد بودن میزان توان مورد بحث, ترانسفورماتورها معمولاً در ولتاژهای بالایی کار میکنند(۱۱۰ کیلوولت یا بیشتر). انرژی الکتریکی معمولاً در فواصل طولانی به وسیله خطوط هوایی اتقال مییابد. از خطوط زیر زمینی فقط در مناطق پر جمعیت شهری استفاده میشود و این به دلیل هزینه بالای راهاندازی و نگهداری و همچنین تولید توان راکتیو اضافی در این گونه خطوط است.
امروزه خطوط انتقال ولتاژ, بیشتر شامل خطوطی با ولتاژ بلاتر از ۱۱۰ کیلوولت می‌شوند. ولتاژهای کمتر, نظیر ۳۳ یا ۶۶ کیلوولت به ندرت و برای تغذیه بارهای روشنایی در مسیرهای طولانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ولتاژهای کمتر از ۳۳ کیلوولت معمولاً برای توزیع انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از ولتاژهای بیشتر از ۲۳۰ کیلوولت با نام "ولتاژهای بسیار بالا" (extra high voltage) یاد میشود چراکه بیشتر تجهیزات مورد نیاز در این ولتاژها با تجهیزات ولتاژ پایین کاملاً متفاوتند
یک خط انتقال در نزدیکی هلسیکی در فنلاند
سال‌ها پیش یعنی در سال‌های آغازین استفاده از انرژی الکتریکی, انتقال توان با همان ولتاژمصرف کنندهها انجام می‌گرفت و این به دلیل استفاده از توان الکتریکی به صورت DC بود, چراکه در آن زمان هیچ راهی برای افزایش ولتاژ DC وجود نداشت و از آنجا که انواع مختلف مصرف کنندهها مثل لامپها یا موتورها نیازمند ولتاژهای مختلفی بودند برای هر یک باید از ژنراتوری جداگانه استفاده میشد که این خود امکان استفاده از یک شبکه بزرگ برای تغذیه کلیه مصرف کنندهها را از بین می‌برد.
در جلسه گروه AIEE در ۱۶ می ۱۸۸۸ نیکولا تسلا مقالهای را با نام "سیستم جدید موتورها و ترانسفورماتورهای متناوب" ارایه کرد و به بیان مزایای استفاده از این سیستم پرداخت. مدتی بعد شرکت "وستینگ هوس" پیشنهاد ساخت اولین سیستم جریان متناوب را داد.
با استفاده از ترانسفورماتور امکان اتصال مولدها به خطوط انتقال ولتاژ بالا و همچنین امکان اتصال خطوط ولتاژ بالا به شبکههای محلی توزیع فراهم شد. با انتخاب فرکانسی مناسب امکان تغذیه انواع بارها از جمله روشناییها و موتورها ایجاد میشد. مبدل‌های گردان و بعدها لامپهای قوس جیوه و دیگر یکسو کنندههای جریان امکان اتصال مصرف کنندههای DC را با استفاده از یک نوع یکسو ساز به شبکه مهیا می‌ساختند. حتی مصرف کنندههای با فرکانسهای متفاوت هم میتوانستند با استفاده از مبدل‌های گردان به شبکه متصل شوند. با استفاده از نیروگاههای متمرکز برای تولید برق همچنین امکان صرفهجویی به وسیله تولید انبوه فراهم شد و ضریب بار در هر نیروگاه امکان تولید با راندمان بالاتر را نیز ایجاد کرد به طوریکه امکان استفاده از برق با قیمت کمتری برای مصرف کنندهها فراهم شد. بدین ترتیب امکان به وجود آمدن یک شبکه بزرگ برای تغذیه انواع مختلفی از مصرف کنندهها پدید آمد.
با استفاده از نیروگاههای چند برابر بزرگ‌تر که به منطقه بزرگی اتصال داده شده بودند, قیمت تمام شده تولید برق کاهش یافت و امکان استفاده از نیروگاههای با راندمان بالاتر فراهم شد که میتوانستند بارهای مختلف را تغذیه کنند. همچنین بدین ترتیب ثبات تولید برق افزایش پیدا کرد و هزینه سرمایه گذاری در این بخش کاهش یافت و در نهایت امکان استفاده از منابع انرژی دور افتاده مثل نیروگاههای هیدروالکتریک و یا زغال سنگ معادن دور دست, بدون نیاز به پرداخت هزینه حمل و نقل سوختها فراهم شد.
در خطوط انتقال ابتدایی از مقره‌های "pin-and-sleeve" استفاده میشد. این مقره‌ها شبیه مقره‌هایی هستند که امروزه برای خطوط تلفن هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از این مقره‌ها دارای محدودیت بود چراکه تا ولتاژ ۴۰ کیلوولت قابل استفاده بودند. در سال ۱۹۰۷ ابداع مقره‌های بشقابی به وسیله هارولد باک (Harold W. Buck) از شرکت "Niagara Falls Power" امکان استفاده از مقره‌ها در ولتاژهای بالاتر را هم فراهم آورد به طوری که اولین خط انتقال برای مقادیر بالای انرژی الکتریکی در ایالات متحده بین نیروگاه هیدروالکتریک آبشار نیاگارا و "بافالو" در نیویورک به وجود آمد. هم اکنون تندیس نیکولا تسلا برای قدردانی از همکاری او در راه انتقال انرژی الکتریکی در کنار آبشار نیاگارا قرار دارد.
در طول قرن بیستم ولتاژ انتقال رفته رفته افزایش یافت. در سال ۱۹۱۴ پنجاه پنج خط انتقال با ولتاژ بیش از ۷۰ کیلوولت درحال استفاده بودند که در این میان بیشترین ولتاژ انتقال ۱۵۰ کیلوولت بود. اولین خط انتقال سه فاز نیز با ولتاژ ۱۱۰ کیلو در آلمان بین لاچهامر و ریزا در سال ۱۹۱۲ راهاندازی شد. در هفدهم آوریل ۱۹۲۹ اولین خط انتقال ۲۲۰ کیلوولت در آلمان به بهره‌برداری رسید که در مسیرش از نزدیکی چهار شهر عبور می‌کرد. در این خط دکل‌ها برای افزایش ولتاژ احتمالی تا ۳۸۰ کیلو ولت ساخته شده بودند. اولین خط انتقال 380 کیلوولت در سال ۱۹۵۷ ساخته شد, ده سال بعد یعنی در سال ۱۹۶۷ اولین خط انتقال با ولتاژ بسیار بالای ۷۳۵ کیلوولت ساخته شد. در نهایت در سال ۱۹۸۲ در اتحاد جماهیر شوروی خط انتقالی با ولتاژ ۱۲۰۰ کیلوولت ساخته شد؛ این ولتاژ بیشترین ولتاژ مورد استفاده قرار گرفته در خطوط انتقال در جهان است. علت استفاده از چنین ولتاژ در شوروی پهناور بودن این کشور نسبت به تراکم شهرها بود.
شتاب بالای صنعتی شدن در قرن بیستم به سرعت انرژی الکتریکی را به یکی از زیر بناهای مهم اقتصادی در کشورهای صنعتی بدل کرد. بدین گونه ژنراتورهای محلی و شبکههای کوچک توزیع به سرعت جای خود را به شبکههای بزرگ تولید و انتقال انرژی دادند. با آغاز جنگ جهانی اول به شتاب این تغییرات افزوده شده و دولت‌ها به سرعت شروع به ساخت نیروگاههای بزرگ برای تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز در کارخانه‌های اسلحه سازی کردند. بعدها از این نیروگاه‌ها برای تغذیه مصرف کنندههای شهری استفاده شد.
انتقال انرژی در مقیاس‌های کلان
مهندسین طراح خطوط انتقال در محاسبات مربوط به طراحی این خطوط, میزان توان انتقال یافته را تا جای ممکن افزایش می‌دهند, البته ملاحظات و محدودیت‌هایی نیز مانند ایمنی شبکه, امکان گسترش شبکه, محدودیت‌های مربوط به مسیر و... در طراحی شبکه‌ها مدنظر قرار داده میشود.
راندمان خطوط انتقال با افزایش ولتاژ افزایش مییابد, چراکه این کار باعث کاهش یافتن جریان میشود. در انتقال توان با مقیاس زیاد راندمان دارای اهمیت بسیار بالایی است و تلفات بیشتر از استاندارد می‌تواند خسارت زیادی به یک شبکه وارد کرده و یا حتی اسفاده از آن را غیر اقتصادی کند و این اهمیت محاسبات و استانداردهای مربوط به تلفات را افزایش میدهد. بنابر این تلفات خطوط انتقال از پارامترهای اصلی محاسبات شبکه هستند.
به طور کلی شبکه انرژی الکتریکی از نیروگاه یا تولیدکننده, مدار یا شبکه انتقال و پستهای تغییر ولتاژ تشکیل شده است. انرژی معمولاً در طول خطوط انتقال به صورت سه فاز AC جا‌به‌جا میشود. استفاده از جریان DC برای انتقال نیازمند تجهیزات پرهزینه برای تبدیل نوع جریان است. البته استفاده از این تجهیزات برای بعضی طرحهای بزرگ قابل توجیه است. استفاده از انرژی الکتریکی به صورت تک فاز AC تنها در توزیع به مصرف کنندههای خانگی و اداری کاربرد دارد چراکه در صنایع به دلیل استفاده از موتورهای سه فاز استفاده از انرژی الکتریکی به صورت سه فاز به‌صرفه‌تر است. البته استفاده از سیستم‌های با بیشتر از سه فاز نیز برای برخی کاربردهای خاص رایج است.
توان ورودی شبکه
در نیروگاه‌ها توان الکتریکی با ولتاژ نسبتاً کمی (در نهایت ۳۰ کیلوولت) تولید میشود و سپس به وسیله ترانسفورماتورهای پست قدرت با توجه به طول مسیر و دیگر ملاحظات شبکه تا ولتاژی بین ۱۱۵ تا ۷۶۵ کیلوولت ( در ایران این ولتاژ معمولاً ۴۰۰ کیلو ولت است) افزایش مییابد تا امکان انتقال آن در طول مسیرهای طولانی فراهم شود.
خروجی شبکه انتقال
: توزیع انرژی الکتریکی
با نزدیک شدن خطوط انتقال به شهرها و مراکز تجمع جمعیت برای ایجاد ایمنی, ولتاژ در چند مرحله کاهش مییابد. مراحل کاهش یافتن ولتاژ در شبکههای استاندارد ایران به ترتیب از kV230/400, kV132/230, kV63/132 و kV20/63 است. در مرحله نهایی یا مرحله توزیع ترانسفورماتورهای توزیع ولتاژ را از kV20 به برق مصرفی یا 231/400 ولت کاهش می‌دهند. در دیگر کشورها نیز ولتاژ مصرف‌کننده‌ها بین ۱۰۰ تا ۶۰۰ ولت است
انتقال انرژی الکتریکی به صورت DC
HVDC یا انتقال به صورت مستقیم با ولتاژ بالا نوعی سیستم انتقال انرژی الکتریکی است. این روش راهی نوین برای انتقال انرژی الکتریکی در مقیاس‌های کلان است و در این زمینه جایگزین خوبی در مقابل روش سنتی (استفاده از جریان متناوب) به شمار می‌رود. تکنولوژی ساخت این نوع سیستم به دهه ۱۹۳۰ در سوئد بازمی‌گردد. از اولین خطوط ساخته شده با این تکنولوژی می‌توان خط انتقال بین مسکو و کاشیرا در اتحاد جماهیر شوروی در سال ۱۹۵۱ و سیستم انتقال ۱۰ تا ۲۰ مگاواتی واقع در سوئد را نام برد که در سال ۱۹۵۴ به بهره‌برداری رسید. بزرگ‌ترین خط انتقال HVDC در حال حاضر خط انتقال اینگا-شابا با ضرفیت انتقال ۶۰۰ مگاوات و با طول حدود ۱۷۰۰ کیلومتر در کنگو واقع شده. این خط انتقال سد اینگا را به معدن مس شابا متصل می‌کند.
اولین روش برای انتقال انرژی الکتریکی با جریان مستقیم توسط یک مهندس سویسی با نام رن تیوری (Rene Thury) ارایه شد. در این سیستم با سری کردن ژنراتورها و در نتیجه جمع جبری ولتاژهای تولیدی ولتاژ افزایش می‌یافت. هر ژنراتور در جریان ثابت می‌توانست انرژی الکتریکی تا ولتاژ ۵۰۰۰ ولت تولید کنند. بعضی از ژنراتورها دارای دو ردیف کلکتور بودند تا ولتاژ وارده بر روی هر کلکتور را کاهش دهند. این سیستم در سال ۱۸۸۹ در ایتالیا به وسیله شرکت Acquedotto de Ferrari-Galliera مورد استفاده قرار گرفت. در این خط انتقال توانی برابر ۶۳۰ کیلووات با ولتاژ ۱۴ کیلوولت تا مسافت ۱۲۰کیلومتر منتقل میشد. سیستم Moutiers-Lyon با همان مکانیزم به وسیله هشت ژنراتور متصل شده با دو ردیف کلکتور می‌توانست ولتاژ را تا ۱۵۰ کیلوولت افزایش دهد. این سیستم از سال ۱۹۰۶ تا ۱۹۳۶ مورد استفاده قرار گرفت. دیگر سیستم‌های از این دست نیز تا دهه ۱۹۳۰ مورد استفاده قرار می‌گرفتند. عیب این سیستم‌ها در این بود که ماشین‌های گردان (مولدها و مبدل‌های گردان) به تعمیر و نگهداری زیادی نیاز داشتند و در ضمن تلفات در این ماشین‌ها زیاد بود. استفاده از ماشین‌های مشابه دیگر نیز تا اواسط قرن بیستم ادامه داشت, ولی با موفقیت کمی همراه بود.
یکی از روش‌هایی که برای کاهش ولتاژ مستقیم گرفته شده از خطوط انتقال مورد آزمایش قرار گرفت, استفاده از ولتاژ برای شارژ کردن باتری‌های سری بود. پس از شارژ شدن باتری‌ها در حالت سری آنها را در حالت موازی به هم اتصال می‌دادند و از آنها برای تغذیه بارها استفاده می‌کردند. با این حال از این روش فقط در دو طرح انتقال استفاده شد چراکه این روش به دلیل محدودیت ظرفیت باتری‌ها, مشکلات مربوط به تغییر وضعیت باتری‌ها از سری به موازی و پسماند انرژی در هر سیکل شارژ و دشارژ در باتری‌ها اصلاً اقتصادی نبود.
در طول سال‌های ۱۹۲۰ تا ۱۹۴۰ رفته رفته امکان استفاده از شبکههای کنترل شده به وسیله لامپهای قوس جیوه فراهم آمد. در ۱۹۴۱ در یک شبکه ۶۰ مگاوات به طول ۱۱۵ کیلومتر از لامپهای جیوه استفاده شد. این شبکه که یک شبکه کابلی برای تغذیه شهر برلین بود هرگز به بهره‌برداری نرسید چراکه در ۱۹۴۵ با فروپاشی آلمان فاشیستی طرح نیمه‌کاره رها شد. توجیه استفاده از خطوط زیرزمینی دیده نشدن آنها در حملات هوایی بود. با پایان یافتن جنگ جهانی دوم این طرح توجیه نظامی خود را از دست داد, تجهیزات و تأسیسات طرح نیز به شوروی برده شد و در آنجا مورد استفاده قرار گرفت.
ویرایش] مزایای استفاده از خطوط مستقیم در مقابل متناوب
بزرگ‌ترین مزیت سیستم جریان مستقیم, امکان انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت‌های زیاد است و با تلفات کمتر (در مقیسه با روش انتقال DC) است. بدین ترتیب امکان استفاده از منابع و نیروگاههای دور افتاده مخصوصا در سرزمین‌های پهناور به وجود می‌آید.
برخی از شرایطی که استفاده از سیستم HVDC به‌صرفه‌تر از انتقال AC است عبارت‌اند از:
- کابلهای زیرآبی, به ویژه زمانی که به علت بالا بودن میزان توان خازنی(capacitance), تلفات در سیستم AC بیش از حد زیاد میشود.(برای مثال شبکه کابلی دریای بالتیک به طول ۲۵۰ کیلومتر بین آلمان و سوئد)
- انتقال در مسافت‌های طولانی و در مکان‌های بن‌بست به طوری که در یک مسیر طولانی شبکه فاقد هیچگونه اتصال به مصرف کنندهها یا دیگر تولید کنندهها باشد.
- افزایش ظرفیت شبکه‌ای که به علت برخی ملاحظات امکان افزایش سیم در آن پر هزینه یا غیر ممکن است.
- اتصال دو شبکه AC ناهماهنگ که در حالت AC امکان برقراری اتصال در آنها وجود ندارد.
- کاهش دادن سطح مقطع سیم مصرفی و همچنین دیگر تجهیزات لازم برای برپاکردن یک شبکه انتقال در یک توان مشخص.
- اتصال نیروگاههای دور افتاره مانند سدها به شبکه الکتریکی.
خطوط طولانی زیرآبی دارای ظزفیت خازنی زیادی هستند. در سیستم DC این ظرفیت خازنی تأثیر کمی بر روی عملکرد شبکه دارد اما از انجایی که در مدارهای AC, خازن در مدار تقریباً به صورت یک مقاومت عمل می‌کند ظرفیت خازنی در خطوط زیرآبی موجب ایجادشدن تلفات اضافی در مدار میشود و این استفاده از جریان DC را رد خطوط زیر آبی به صرفه می‌کند.
در حالت کلی نیز جریان DC قادر به جابجایی توان بیشتری نسبت به جریان AC است چراکه ولتاژ ثابت در DC از ولتاژ پیک در AC کمتر است و بدین ترتیب نیاز به استفاده از عایق‌بندی کمتر و همچنین فاصله کمتر در بین هادی‌ها است که این عمر موجب سبک شدن هادی و کابل و همچنین امکان استفاده از هادی‌های بیشتر در یک محیط مشخص میشود و همچنین هزینه انتقال به صورت DC کاهش مییابد.
افزایش ثبات یک شبکه
از آنجایی که سیستم HVDC به دو شبکه ناهماهنگ AC امکان میدهد تا بهم اتصال یابند, این سیستم می‌تواند موجب افزایش ثبات در شبکه شود و از ایجاد پدیده‌ای به نام «آبشار خطاها» (Cascading failure) جلوگیری کند. این پدیده زمانی به وجود می‌آید که به علت بروز خطا در قسمتی از شبکه کل یا قسمتی از بار این بخش به بخش دیگری انتقال داده میشود و این بار اضافه موجب ایجاد خطا در قسمت دیگر شده و یا این بخش را در خطر قرار میدهد که به این ترتیب بار این بخش هم به قسمت دیگری انتقال داده میشود و این حالت ادامه پیدا می‌کند. مزیت شبکه HVDC دراین است که تغییرات در بار که موجب ناهماهنگی در شبکههای AC میشود تأثیرات مشابهی را بروی شبکه HVDC نمی‌گذارد, چراکه توان و مسیر جاری شدن آن در سیستم HVDC قابل کنترل است و در صورت نیاز قابلیت کنترل اضافه بار در شبکه AC را دارد. این یکی از دلایل مهم تمایل برای ساخت این گونه شبکه‌هاست.
مهمترین عیب این سیستم گران بودن مبدل‌ها و همچنین محدودیت آنها در مقابل اضافه بارها است همچنین در خطوط کوتاه تلفات به وجود آمده در مبدل‌ها از یک شبکه AC با همان طول بیشتر است, بنابر این این سیستم در مسافت‌های کوتاه کاربردی ندارد و یا ممکن است صرفه جویی به وجود آمده در تلفات نتواند هزینه بالای نصب مبدل‌ها را جبران کند. در مقایسه با سیستم‌های AC, کنترل این سیستم در قسمت‌هایی که شبکه دارای اتصالات زیادی است خیلی پیچیده‌است. کنترل توان جاری در یک شبکه پر اتصال DC نیازمند ارتباط قوی بین تمامی اتصال‌هاست چراکه هنواره باید توان جاری در شبکه کنترل شود.
هزینه‌های مربوط به انتقال DC
شرکتهای بزرگ ایجاد کننده این گونه خطوط مانند ABB یا Siemens هزینه مشخصی از اجرای طرحهای مشابه در مناطق مختلف اعلام نکرده‌اند چراکه این هزینه بیشتر یک توافق بین طرفین است. از طرف دیگر هزینه اجرای این گونه طرح‌ها به طور گسترده‌ای به خصوصیات پروژه مانند: میزان توان شبکه, طول خطوط, نوع شبکه(هوایی یا زیر زمینی), قیمت زمین در منطقه مورد بحث و... بستگی دارد.
با این حال برخی از شاغلین در این زمینه در این زمینه اطلاعاتی را بروز داده‌اند که می‌تواند قابل اعتماد باشد. برای خط انتقال ۸ مگاواتی کانال انگلستان(English Channel) با طول تقریبی ۴۰ کیلومتر, هزینه مربوط به قرار داد اولیه به تقریباُ به صورت زیر است: (جدای از هزینه‌های مربوط به عملیات آماده سازی ساحل, هزینه‌های مربوط به مالکیت زمین‌ها, هزینه بیمه مهندسین و...)
- پستهای مبدل, باهزینه تقریبی ۱۱۰ میلیون پند
- کابل زیرآبی+ نصب, با هزینه تقریبی ۱ میلیون پند به ازای هر کیلومتر
بنابراین برای احداث شبکه انتقال ۸ گیگاواتی در چهار خط, هزینه‌ای تقریبی برابر ۷۵۰ میلیون پند نیاز است که باید دیگر هزینه‌های مرتبط با ساخت و بهره‌برداری خط به ارزش ۲۰۰ تا ۳۰۰ میلیون پند را هم به آن اضافه کرد.
اتصالات در سیستم AC
خطوط انتقال AC تنها می‌توانند به خطوط AC که دارای فرکانس برابر و تطابق زمانی یا فازی هستند متصل شوند. خیلی از شبکه‌هایی که به ایجاد اتصال تمایل دارند (مخصوصا شبکههای متعلق به دو کشور متفاوت) دارای شبکههای ناهماهنگ هستند. شبکه سراسری انگلستان و دیگر کشورهای اروپایی با فرکانس ۵۰ هرتز کار میکنند اما هماهنگ نیستند یا برای مثال در کشوری مثل ژاپن شبکه‌ها ۵۰ یا ۶۰ هرتز هستند. در سراسر جهان مثال‌های زیادی از این دست وجود دارد. در این حالت اتصال شبکه‌ها به صورت AC غیرممکن یا پرهزینه است, اما در سیستم HVDC امکان ایجاد اتصال بین شبکههای این چنینی وجود دارد.
این امکان وجود دارد که ژنراتورهای وصل شده به یک شبکه انتقال بلند AC دچار بی‌ثباتی شده و موجب اختلال در هماهنگی شبکه شوند. سیستم HVDC استفاده از ژنراتورهای نصب شده در مناطق دورافتاده را عملی می‌کند. ژنراتورهای بادی مستقر در مناطق دور افتاده با استفاده از این سیستم می‌توانند بدون اینکه خطر ایجاد ناهماهنگی در شبکه به وجود آورند به شبکه اتصال یابند.
به طورکلی گرچه HVDC امکان اتصال دو شبکه متفاوت AC را فراهم می‌کند اما هزینه ماشین‌آلات و تجهیزات مبدل از AC به DC و برعکس واقعاً قابل توجه است, بنابراین استفاده از این سیستم بیشتر در شبکه‌هایی که توجیه اقتصادی داشته باشد انجام می‌گیرد(مسافت دارای توجیه پذیری اقتصادی در سیستم HVDC برای خطوط زیر آبی در حدود ۵۰ کیلومتر و برای شبکههای هوایی بین ۶۰۰ تا ۸۰۰ کیلومتر است).
مبدل‌ها
اجزای مبدل‌ها
در گذشته مبدل‌های HVDC از یکسوکننده‌های قوس جیوه که غیر قابل اطمینان بودند, برای انجام یکسوسازی استفاده می‌کردند و هنوز هم استفاده از این یکسوسازها در برخی مبدل‌های قدیمی ادامه دارد. از درگاه‌های تیریستوری اولین بار در دهه ۱۹۶۰ برای یکسو سازی استفاده شد. تریستور نوعی قطعه نیمه‌هادی شبیه دیود است, با این تفاوت که دارای یک پایه اضافی برای کنترل جریان عبوری است. امروزه از IGBT که نوعی تریستور است نیز برای یکسو سازی استفاده میشود. این قطعه دارای قابلیت‌های بهتری از تریستورهای عادی است و کنترل آن اسانتر است که قابلیت‌ها موجب کاهش یافت قیمت تمام شده یک درگاه میشود.
از انجایی که ولتاژ استفاده شده در سیستم HVDC در بسیاری موارد از ولتاژ شکست انواع نیمه‌هادی‌ها بیشتر است, برای ساخت مبدل‌های HVDC از تعداد زیادی قطعات نیمه هادی به صورت سری استفاده میکنند.
سیستم کنترل ولتاژ که با ولتاژ نسبتاً پایینی کار می‌کند و وظیفه انتقال دستورات قطع یا وصل را به دیگر اجزا دارد باید به طور کامل از قسمت ولتاژ بالا جدا شود. این کار عموماً با استفاده از سیستم‌های نوری انجام می‌پزیرد. در یک سیستم کنترل مرکب, قسمت کنترل برای انتقال دستورات از پالس‌های نوری استفاده می‌کند. عمل حمل این پالس‌ها به وسیله فیبرهای نوری انجام می‌گیرد.
عنصر کاملاً کنترل شده را بدون توجه به اجزای تشکیل دهنده, «درگاه» (valve) می‌ناند.
] سیستم تبدیل از AC به DC و بر عکس
در سیستم HVDC تیدیل از AC به DC و بر عکس تقریباً با تجهیزات مشابهی انجام میشود و در بسیاری پستهای تبدیل, تجهیزات طوری نصب می‌شوند که بتوانند هر دو نقش را داشته باشند. قبل از وصل جریان AC به تجهیزات یکسوسازی ورودی مبدل از تعدادی ترانسفورماتور (ترانسفورماتور سربه‌سر)عبور می‌کند و سپس خروجی آنها به درگاه‌های یکسوسازی وارد میشود. دلیل استفاده از این ترانسفورماتورها ایزوله کردن پست تبدیل از شبکه AC و به وجود آوردن زمین (Earthing) داخلی است. در پست تبدیل وظیفه اصلی بر عهده درگاه‌هاست. در ساده‌ترین حالت یک یکسوساز از شش درگاه تشکیل شده است که دو به دو به فازهای AC متصل شده‌اند. ساختمان یکسو ساز به صورتی است که هر درگاه در هر سیکل تنها در طول 60 درجه هادی است و به این صورت وظیفه انتقال توان در هر سیکل 360 درجه‌ای به طور مساوی بین شش درگاه تقسیم میشود. با افزایش درگاه‌ها تا 12 عدد می‌توان یکسوساز را طوری طراحی کرد که هر 30 درجه درگاه‌ها عوض شوند و بدین ترتیب ظرفیت یکسوسازی هر درگاه افزایش مییابد و هارمونیک‌های تولیدی یکسوساز به شدت کاهش می‌یابند
HVDC
انتقال به صورت مستقیم یا HVDC برای انتقال انرژی الکتریکی در مقیاس‌های بسیار بزرگ و در طول مسیرهای طولانی یا برای اتصال دو شبکه ناهماهنگ AC مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی که انتقال انرژی الکتریکی باید در مسیرهای طولانی صورت گیرد, انتقال به صورت DC به علت کمتر بودن تلفات اقتصادی‌تر است. در این حالت کاهش تلفات و هزینه‌های مربوط به آن می‌تواند هزینه تبدیل انرژی الکتریکی از AC به DC را جبران کند. از دیگر مزایای استفاده از با ثبات کردن دو شبکه اتصال AC متفاوت است. در صورتی که دو شبکه AC متفاوت برای مثال متعلق به دو کشور متفاوت به هم اتصال پیدا میکنند به علت ناهماهنگی شبکه‌ها ممکن است این اتصال با مشکلاتی نظیر ایجاد بی ثباتی در شبکه همراه باشد اما با استفاده از سیستم HVDC این مشکل بر طرف خواهد شد, بدین ترتیب که در کشور فروشنده انرژی, انرژی الکتریکی به صورت DC درآمده و پس از طی مسیر انتقال در کشور مصرف کننده دوباره به صورت AC بازمی‌گردد.
خطوط انتقال و توزیع ( تجهیزات پست)
تعریف پست:
پست محلی است که تجهیزات انتقال انرژی درآن نصب وتبدیل ولتاژ انجام می شودوبا استفاده از کلید ها امکان انجام مانورفراهم می شود درواقع کاراصلی پست مبدل ولتاژ یاعمل سویچینگ بوده که دربسیاری از پستها ترکیب دو حالت فوق دیده می شود.
در خطوط انتقال DC چون تلفات ناشی از افت ولتاژ ندارد وتلفات توان انتقالی بسیار پایین بوده ودر پایداری شبکه قدرت نقش مهمّی دارند لزا اخیرا ف این پستها مورد توجه قراردارند ازاین پستها بیشتردر ولتاژهای بالا (800 کیلو ولت وبالاتر) و در خطوط طولانی به علت پایین بودن تلفات انتقال استفاده می شود.
انواع پست:
پستها را می توان ازنظر نوع وظیفه,هدف,محل نصب,نوع عایقی, به انواع مختلفی تقسیم کرد
براساس نوع وظیفه وهدف ساخت و براساس نوع عایقی وبر اساس نوع محل نصب
تجهیزات
براساس نوع وظیفه وهدف ساخت:
پستهای افزاینده , پستهای انتقال انرژی , پستهای سویچینگ و کاهنده فوق ـــتوزیع .
براساس نوع عایقی:
پستها با عایق هوا, پستها با عایق گازی( که دارای مزایای زیراست):
پایین بودن مرکز ثقل تجهیزات در نتیجه مقاوم بودن در مقابله زلزله,کاهش حجم, ضریب ایمنی بسیار بالا .باتوجه به اینکه همهً قسمت های برق دار و کنتاکت ها در محفظهً گازSF6 امکان آتش سوزی نداردوپایین بودن هزینهً نگهداری باتوجه به نیاز تعمیرات کم تر, استفاده د رمناطق بسیار آلوده و مرطوب و مرتفع .
معایب پستها با عایق گازی :
گرانی سیستم و گرانی گاز SF6 , نیاز به تخصص خاص برای نصب و تعمیرات,مشکلات حمل و نقل وآب بندی سیستم.
ـــ بر اساس نوع محل نصب تجهیزات :
نصب تجهیزات در فضای باز , نصب تجهیزات در فضای سرپوشیده .معمولاف پستها را از 33 کیلو ولت به بالا به صورت فضای باز ساخته وپستهای عایق گازی راچون فضای کمی دارندسرپوشیده خواهند ساخت.
اجزاع تشکیل دهنده پست :
پستهای فشار قوی از تجهیزات و قسمتهای زیر تشکیل می شود :
ترانس قدرت , ترانس زمین و مصرف داخلی , سویچگر , جبران کنندهای تون راکتیو , تاً سیسات جانبی الکتریکی,ساختمان کنترل و سایر تاًسیسات ساختمانی .
ـ ترانس زمین:
از این ترانس در جاهایی که نقطهً اتصال زمین (نوترال) در دسترسنمی باشد که برای ایجاد نقطهً نوترال از ترانس زمین استفاده می شود .
نوع اتصال در این ترانس به صورت زیکزاک Zn است .
این ترانس دارای سه سیم پیچ می باشد که سیم پیچ هر فاز به دو قسمت مساوی تقسیم می شود و انتهای نصف سیم پیچ ستون اوٌل با نصف سیم پیچ ستون دوٌم در جهت عکس سری می باشد.
ـ ترانس مصرف داخلی:
از ترانس مصرف داخلی برای تغذیه مصارف داخلی پست استفاده می شود .
این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
