فصل اول – پست های فشار قوی و پیش بینی ظرفیت ها ، ولتاژ ، باد Pagel
1-1 مقدمه

در مدت تکامل بشر به خصوص در چند قرن گذشته سیر تکامل صنعتی قابل تذکر می باشد در این رابطه تشخیص، کنترل، کاربرد و … انرژی که بخش مهم از تکامل صنعتی را شامل می شود در این قرن ( بخصوص ) سرعت بیشتری داشته است. در حقیقت پیشرفت تمدن بشری با توانایی انسان در کنترل انرژی رابطه مستقیم دارد و افرادی معدودی در جهان دانش و توانایی دستیابی به انواع انرژی را دارند و بقیه افراد بشر با استفاده از دانش و توانایی آنها سطح زندگی خود را بالا می برند. در گذشته انرژی به مقدار محدود مصرف می شد.

ولی با رشد جوامع بشری نیاز به منابع طبیعی نیز فزونی یافت و همواره انسان به دنبال انرژی بود که در ضمن اینکه به سادگی قابل استفاده باشند همچنین بتواند در رفع نیازهای روزمره او نیز مفید واقع شود در طی قرن ها تجربه انسان منابع مختلفی از انرژی را شناخت اما مسئله ای که پیش آمد این بود که هر کدام از این منابع دارای اشکالاتی بودند به عنوان مثال برای انتقال دادن آنها نیروی زیادی تلف می شد ( نیروی مکانیکی ) در هر جا نمی توانستند از آنها

استفاده کنند هر کدام مناسب شرایطی خاص خود بودند به سادگی قابلیت تبدیل به انواع دیگر انرژی را نداشتند به سادگی نمی توانستند آنها را کنترل و حفاظت کنند و از این قبیل. این بود که انسان در پی انرژی که معایب بقیه را نداشته باشد همواره تلاش می کرد تا اینکه موفق به اختراع نیروی الکتریکی گردید این نیرو محاسن بسیار زیادی دارد از قبیل :

۱- بسادگی و با تلفات خیلی جزئی قابل انتقال است.
۲- درجه حرارت محیط تأثیر چندانی روی آن ندارد.
۳- با وسایل بسیار ساده می توان از آن استفاده کرد.

۴- آنرا می توان کنترل کرد.
۵- در حین کاربر روی محیط تأثیری نداشته و آنرا آلوده نمی سازد.
به هر حال محاسن فوق، و بسیاری دیگر باعث رشد و ترقی هر چه بیشتر این قسمت گردید و تا حدی در زندگی بشر نفوذ کرد که فکر استفاده نکردن از آن حتی برای یک روز بطور عام یا برای لحظه ای بطور خاص نیز غیر قابل تصور می باشد، تولید توزیع جریان الکتریکی برای اولین بار به صورت جریان مستقیم در کشور آلمان صورت گرفته تولید جریان دائم و مخصوصاً انتقال آن برای راه های دور تولید مشکلاتی می کرد از اینرو پس از گذشت چندین سال در حدود یک قرن پیش اولین خط با جریان متناوب سه فاز مورد بهره برداری قرار گرفت برای رسانیدن این انرژی به مکان ها و شهرهای دیگر نیاز است که آنرا توسط خطوط انتقال منتقل سازیم برای منتقل کردن انرژی بیشتر و در نهایت تلفات کمتر و همچنین از نظر اقتصادی نیاز است که اختلاف سطح انرژی الکتریکی تولید شده را تا حد ممکن افزایش دهیم.

عملاً در نیروگاه ها ولتاژ تولید شده را در محلی کنار خود نیروگاه چندین برابر کرده و سپس انتقال می دهند این ولتاژ انتقال یافته خیلی بیشتر از مقداری است که مصرف کننده های ما در شهر نیاز دارند از اینرو پس از انتقال انرژی آنرا دوباره به سطح قابل مصرف درآورده و سپس توزیع می کنند.

همانطور که می دانیم انرژی ها هر کدام بسته به نوع بایستی بطور صحیح استفاده شده و برای جلوگیری از خطرات احتمالی حفاظت شوند. انرژی الکتریکی هم از بقیه مستثنی نیست با توجه به اینکه قدرت انتقال یافته بسیار زیاد می باشد باید بتوان این نیروهای عظیم را در جای قبل از استفاده کنترل حفاظت و احیاناً تغییر و تحول در مقدار آن بسته به موقعیت داد این مکان ها را اصطلاحاً پست های فشار قوی نامند.

آنچه در این مجموعه ارائه می شود و مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرند بخشی از سیستم های قدرت تحت عنوان پست فشار قوی است که یکی از حیاتی ترین بخش یکم سیستم قدرت می باشد در این مجموعه ضمن توضیح و بحث در مورد علت احداث پست های فشار قوی و بررسی عوامل دخیل در طراحی پست های فشار قوی و انتخاب تجهیزات و تحلیل عملکرد و ساختمان آنها هستند می پردازیم.

۱-۲- عوامل موثر در ظرفیت پستها:
شکی نیست که ظرفیت پستها مستقیماً با رشد بار افزایش می یابد ولی وجود محدودیتهای متعدد در شبکه باعث می شود رشد بار متوقف و یا از میزان آن کاسته شود که در نتیجه در یک پریود بلند مدت ظرفیت نهایی پستها در یک حد معینی محدود می گردد عوامل زیر به عنوان پارامترهای مهم محدود کننده بار پستها محسوب می شوند:
۱- عمر مفید پستها

۲- محدودیت رشد بار
۳- محدودیت احداث خطوط انتقال و توزیع

۴- پراکندگی باد
۱-۲-۱- عمر مفید :
قاعدتاً بررسی چگونگی تأثیر گذاری هر یک از پارامترهای فوق الذکر بالا در یک پریود زمانی مشخص انجام گیرد تا نتیجه گیری بسهولت امکان پذیر باشد به نظر می رسد عمر پستها می تواند یک پریود زمانی مشخص و منطقی باشد تعیین عمر مفید پستها بدلیل وابستگی زیاد آن به پارامترهای بهره برداری ، تعمیراتی ، طراحی و … بسیار پیچیده و بسهولت عملی نیست و حتی ممکن است در شرایط برابری تمام پارامترهای موثر ندر عمل شرایط منطقه و محل پست نیز آنرا تغییر دهد، اگر چه عمر تأسیسات صنعت برق کشور به حدی نرسیده که بتوان با استفاده از تجارب گذشته عمر مفید ( بطور کلی تجهیزات ) را تعیین نمود.
ولی برای یک بررسی جامع و کلی شاید منطقی باشد که از تجارب کشورهای دیگر با اندکی تقلیل در میزان عمر مفید رقمی برای تأسیسات صنعت برق کشور پیش بینی کرد. باتوجه به مطالب فوق ۳۰ سال می تواند رقم متعارفی برای عمر مفید پستها منظور گردد و به نظر می رسد با توجه به پارامترهای زیر این رقم منطقی باشد:

۱- اصولاً پس از گذشت سی سال احتمال تغییر تکنولوژی وجود دارد.
۲- گسترش شبکه ممکن است بسیاری از تجهیزات را بلافاصله استفاده سازد.
۳- عدم وجود وسایل یدکی پس از گذشت سی سال پست را غیر قابل استفاده می سازد.
۱-۲-۲- محدودیت رشد بار:

آنچه مسلم است رشد بار پیش بینی شده رقم متوسطی بوده و بدون شک ممکن است این ارقام بر حسب هر پست متغییر باشد از آنجائیکه تا کنون بسیاری از روستاهای دور افتاده و محروم کشور از نعمت انرژی الکتریکی برخوردار نبوده اند در حقیقت قسمت اعظم رشد بار پیش بینی شده با مصرف کنندگان جدید مربوط می شود شکی نیست با به زیر پوشش درآوردن روستاها و آبادیهای انرژی مصرفی کشور افزایش سریعی خواهد داشت ، بدیهی است این افزایش بار

نمی تواند بطور مداوم و پیوسته با رشد بالائی ادامه یابد و مسلماً وقتی کلیه مراکز بار به شبکه سراسری وصل شدند رشد بار مستقیماً به توسعه یا ایجاد مراکزی صنعتی و کشاورزی پیشرفته رشد بار سالیانه بسیار تقلیل می یابد انتظار می رود تا ۲۰ سال آینده کلیه نقاط کشور از نعمت انرژی الکتریکی برخوردار شود که در این شرایط رشد بار به حد پائینی خواهد رسید که مسلماً رشد آن کمتر از ۵٪ درصد در سال خواهد بود به این ترتیب بار در سالهای بعد از ۱۲۹۱ حدود ۳ درصد در سال فرض می شود و نتیجتاً رشد بار در سالهای آتی بشرح زیرمی باشد.

تا سال ۱۳۷۱ ده درصد در سال
سالهای ۱۳۷۱ تا ۱۳۸۱ هفت درصد در سال
سالهای بعد از ۱۳۸۱ پنج درصد در سال
سالهای بعد از ۱۳۹۱ سه درصد در سال

اصولاً این قاعده و روش بیشتر در مورد پست های توزیع صادق است تا سایر انواع پست ها اگر چه می توان با روشن شدن وضعیت پست های توزیع وضعیت بقیه پستها را نیز روشن نمود.

۱-۲-۳- محدودیت احداث خطوط انتقال و توزیع
تجربه نشان می دهد که با گذشت زمان مسئله محدودیت باند عبور خطوط انتقال و توزیع باعث می شود تا امکان توزیع انرژی متناسب با رشد بار میسر نگردد این شکل ممکن است تحت تأثیر عوامل زیر بوجود می آید.

الف) در اثر توسعه شهرها و روستاها پست در داخل آبادی محصور می گردد و در نتیجه امکان احداث خطوط انتقال و توزیع مسیر نخواهد بود که در این شرایط بار نهائی پست تقریباً ثابت می ماند.

ب) پست توسط شهرها و آبادیها محصور نگردد ولی امکان اتصال آن به دلیل توسعه آبادیها به مراکز مصرف وجود نداشته باشد.
ج) پراکنده شدن مراکز بار و سهولت تغذیه آنها از پست های جدید ( با توجه به پاداشهای فنی و اقتصادی باعث می شود از بار پست های اصلی کاسته شود.
نتیجه اینکه بررسی های فوق نشان می دهد به جز در حالتهای استثنائی بار پست در یک دوره عمر مفید ( سی سال) بدون توجه به سایر عوامل محدود کننده نظیر امکانات توزیع پراکندگی بار مسائل اقتصادی حداکثر ۳/۸ برابر با اولیه خود می رسد که مسلماً توجه به مشکلاتی که قبلاً به آن اشاره شد امکان رسیدن بارپست به مقدار حداکثر فوق بعید به نظر می رسد

۱-۲-۴- پراکندگی بار:
یکی از پارامترهای مهمی که ممکن است توسعه و رشد بار پست را محدود سازد مثلاً پراکندگی بار در منطقه می باشد شکی نیست با بزرگ شدن شهرها، توسعه و ایجاد مراکز صنعتی و کشاورزی بار هر منطقه با گذشت زمان افزایش می یابد که ممکن است این افزایش بار در مقدار انرژی پست آن منطقه نیز تأثیر بگذارد ولی با توجه به اینکه اصولاً نقل بار تحت تأثیر عوامل زیادی ممکن است از حالت قبلی تغییر یابد.

بنابراین تنها افزایش بار در یک منطقه نمی تواند دلیل بر توسعه پستها باشد چون ممکن است احداث پستهای دوم یا چندمی مصلحت باشد. این مطالب بیانگر این موضوع است که با گذشت زمان و پراکندگی شدن بار فیدر بار ممکن است به نقاط دورتری از پست یا پست های موجود منتقل گردد که نیاز به احداث پست دیگری بوجود آید که در نیمه رشد بار با همان شدت روی بار نهائی پست های منتقل نگردد.

۱-۳- طبقه بندی پست ها از نظر سطح ولتاژ قدرت :
با وجودیکه کلاً پنج ولتاژ ۴۰۰ و ۲۳۰ و ۱۳۲ و ۶۳ و ۲۰ کیلو وات در سطح شبکه های انتقال و توزیع کشور وجود دارد ولی با انتخاب ترکیباتی مختلفی از ولتاژ در پست ها تنوع زیادی در کلاس ولتاژ بوجود آمده است.
۱-۳-۱- پست های توزیع:

پست های که تا کنون به عنوان پست های توزیع احداث شده اند موارد زیر می باشند.
KV 20/132 ، ۲۰/۲۳۰ ، ۶۳/۲۳۰ ، ۶۳/۴۰۰
۱-۳-۲- پست های انتقال :
پست های انتقال ممکن است به صورت مستقل یا در کنار پست های توزیع ساخته شود تا کنون به صورت های زیر احداث گردیده اند.
KV 132/230 ، ۱۳۲/۴۰۰ ، ۲۳۰/۴۰۰ ، ۱۳۲/۲۳۰/۴۰۰

البته با توجه به اینکه یک پست های توزیع یا انتقال ممکن است با توجه به نوع ترانسفورماتور یابد علت استفاده از تبدیل کننده های قدرت راکتیو ( راکتیو , کاپاسیتوریا کمپانزاتور) ولتاژهای دیگری نیز دارا باشند نتیجتاً پست های موجود و در دست ساخت به دلیل انتخاب ترانسفورماتورهایی با ولتاژهای متنوع زیر تنوع زیادی پیدا کرده اند که نمونه هایی از آن ها ذکر می گردد:
۶۳/۱۳۲ ۲۰/۱۳۲/۲۳۰ ۶۳/۲۳۰/۴۰۰

۲۰/۱۳۲ ۲۰/۶۳/۲۳۰ ۲۰/۲۳۰/۴۰۰
۲۰/۲۳۰ ۶۳/۲۳۰ ۲۰/۶۳/۴۰۰
البته در مناطق فارس از ولتاژ ۶۶ کیلو وات استفاده می شود.
این سری انتخاب غیر اصولی باعث شد که گاهی در یک پست تا پنج نوع ولتاژ وجود داشته باشد که این موضوع علاوه بر اینکه باعث خرید و استفاده از تجهیزات بسیار متنوعی می گردد بهره برداری از سیستم را نیز دچار اشکال می نماید لذا به منظور تنوع زدائی و ایجاد یک نظام صحیح انتخاب ولتاژ در شبکه های آتی کشور ولتاژهای زیر جهت پست ها پیشنهاد می گردد:

۲۰/۱۳۲/۲۳۰ ۲۰/۱۳۲/۴۰۰ ۲۰/۲۳۰/۴۰۰

۱-۳-۳- پست های انتقال:
که سیم پیچی تنها به منظور استفاده از تعدیل کننده های قدرت فیدر مورد استفاده قرار گیرد. البته توجه شود که حتی الامکان از احداث پست های انتقال ولتاژ ۱۳۲/۴۰۰ خودداری شود.
۱-۳-۴- پست ها توزیع ۲۰/۱۳۲ ۶۳/۲۳۰
گرچه در چند مورد محدود از ولتاژ ۴۰۰ کیلو وات بعنوان ولتاژ توزیع استفاده شده است. لازم است برای جلوگیری از ایجاد تنوع زیاد در تجهیزات از انتخاب این ولتاژ برای پست های توزیع خودداری شود.
بنابراین اگر قرار باشد از تنوع زیاد ولتاژ در پست ها جلوگیری شود باید مزایای اقتصادی حالتهای استثنائی را فدای ایجاد هماهنگی در سیستم نمود.
۱-۴- بار پستها:

یکی از عوامل بسیار مهمی که احداث پست را در یک منطقه توجیه می کند انرژی مورد نیاز آن می باشد گر چه پارامترهای بسیار زیادی دیگر در انتخاب محل و شرایط طراحی پست ها موثرند ولی در این قسمت عامل اصلی یعنی بار مورد نیاز مصرف کننده بررسی می گردد.
۱-۴-۱- پست های ۱۳۲ کیلووات:

پست های ۱۳۲ کیلووات عمدتاً در انسان های آذرباییجان شرقی و غربی , خراسان , کرمان در شبکه های انتقال مورد استفاده قرار گرفته اند با توجه به اینکه ولتاژ توزیع در این مناطق ۲۰ کیلو وات می باشد ملاحظه می شود به دلیل کوتاه بودن بود انتقال قدرت خطوط ۲۰ کیلو وات حتی برای باری در حدود ۱۰ مگاوات احداث پست ۱۳۲ کیلو وات چه از نظر فنی و چه از نظر اقتصادی توجیه پذیر است .

این مطلب نشان می دهد برای مناطق با رشد بار زیاد و بار اولیه در حدود ۱۰ مگاوات احداث پست های ۱۳۲ کیلو وات توجیه شدنی است که در نتیجه این رقم به عنوان حداقل بار پست های ۱۳۲ کیلو وات می تواند مد نظر قرار گیرد.

حداکثر بار پست های ۱۳۲ کیلو وات بستگی به این نظر دارد که این پست ها در مراکز ثبل بار باشند با نقاطی دیگر از آنجائیکه هدف تعیین حداکثر توان توزیع پست ها می باشد . در این شرایط حتی اگر ۲۰ فیدر برای خطوط دو مداره که معمولاً برای افزایش انتقال بار را دارند کمتر از ۲۰ خواهد بود ممکن است بین ۱۵ تا ۲۰ متغیر باشد ( ۱۰ خط دو مداره یا ۲۰ خط تک مداره) که در این مطالعات تعداد فیدرهای انتقال دهنده بار ۱۵ عدد فرض می شود که با احتساب ۶ مگاولت آمپر می باشد) ماکزیمم توان توزیع پست ها ۱۳۲ کیلو وات حدود ۹۰ مگا وات آمپر می باشد که در این محسابات برای اطمینان بیشتر ۱۰۰ مگاوات آمپر منظور می گردد.

شکی نیست در صتیکه پست های ۱۳۲ کیلو وات در مسیر خطوط اصلی قرار بگیرند با اینکه در شبکه رینگ احداث شوند ظرفیت شینه ها بیشتر از توان آنها می گردد که این حالت امکان افزایش ظرفیت اسمی پست های ۱۳۲ کیلو وات وجود دارد. تعیین میزان این قدرت باید با توجه به تعداد مدارهای خطوط ۱۳۲ کیلو وات که به این پست وارد یا خارج می شود تعیین گردد.

اصلاً پست های ۱۳۲ کیلو وات توزیع نمی توانند به عنوان پست های تقسیم کننده انرژی در شبکه رینگ ۱۳۲ کیلو وات مورد استفاده قرار گیرند چون اگر هدف تقسیم انرژی به مقدار زیادی در یک منطقه باشد شاید ولتاژهای بالاتری از نظر اقتصادی و فنی قابل توجیه باشد بنابراین در حقیقت خطوطی که وارد پست های ۱۳۲ کیلو وات می شوند عمدتاً تأمین کننده انرژِی شبکه های توزیع آن می باشد.

با توجه به اینکه ظرفیت ماکزیمم توزیع پست های ۱۳۲ کیلووات حدود ۱۰۰ مگاوات آمپر تعیین گردیده حداقل دو مدار از خطوط ۱۳۲ کیلو وات جهت تأمین ۱۰ مگا وات تعیین گردیده حداقل دو مدار از خطوط ۱۳۲ کیلو وات جهت تأمین این انرژی مورد نیاز است . حال اگر قسمتی از انرژی وارده از این پست به منطقه دیگری منتقل گردد مسلماً تعداد خطوط آورنده انرژِی نیز باید افزایش یابد بنابراین در صورتیکه در فرض شود کلاً , مدار ۱۳۲ کیلوولت وارد پست شوند ( که بیش از این شاید معقول نباشد) مسلماً تعدادی از آنها به عنوان آورنده انرژی به پست بوده و تعداد دیگری انرژی را از پست به نقاط دیگری منتقل می کند, با توجه به اینکه دو مدار نقش تأمین انرژی پست را دارند دو مدار دیگر باید انرژی مورد نیاز خطوط انتقال دهنده انرژی از پست را تأمین نمایند.

بنابراین از جمع ۶ خط وارده به پست ماکزیمم چهار خط انرژی را پست وارده دو خط انرژی را از پست خارج می کند با احتساب حداقل یک مدار از چهار مدار وارد کننده انرژی به پست بعنوان مدار ذخیره ماکزیمم قدرت شینه های پست ۱۳۲ کیلوولت ( در صورتیکه کلید فیدرها به یک شینه وصل شوند) حدود ۲۰۰ – ۱۵۰ مگاولت آمپر می باشد لذا با توجه به شرح فوق مطالب زیر نتیجه می شود.

بار پست های ۱۳۲ کیلو ولت:
۱- حداقل بار ۱۰ مگا ولت آمپر
۲- ماکزیمم توان توزیع ۱۰۰ مگاولت آمپر
۳- ماکزیمم ظرفیت پست ۲۰۰ مگاولت آمپر

تعیین قدرت انتقالی خطوط به پارامترهای بسیار متعددی از جمله موقعیت آن در شبکه افت ولتاژ معقول، ملول خط انتقال ، فاصله مراکز تولید ، مصرف و … بستگی دارد که ممکن است توان انتقالی یک خط انتقال ۱۳۲ کیلو وات را از ۱۰ تا ۱۰۰ مگاولت آمپر ( حدود توان حرارتی ) تغییر دهد که در این بررسی یک حد متوسط منظور گردید البته در صورتیکه یک پست ۱۳۲ کیلو ولت بعنوان مرکز انشعاب باشد قاعدتاً در نزدیکی مرکز تولید وثقل بار قرار دارد. ( ضمناً در مورد خاص صنعتی ولتاژ توزیع پست ۲۳۰ کیلوولت ، ۲۰ کیلو ولت می باشد که چون عمومیت ندارد از شرح آن خودداری کرد. )