هنگامی که کلید چراغ یا دستگاه‌های الکترونیکی خود را روشن می‌کنیم، به ندرت به شبکه پیچیده نیروگاه‌ها، زیرساخت‌های الکتریکی و تجهیزات پست فشار قوی فکر می‌کنیم که امکان تحویل یکپارچه برق را ممکن می‌کنند.
با این حال، در این شبکه، نیروگاه‌های ولتاژ بالا نقش مهمی ایفا می‌کنند.
آنها مراکز عصبی شبکه برق ما هستند، جایی که الکتریسیته تبدیل شده و در فواصل وسیع توزیع می‌شود.
تجهیزات پست فشار قوی به بخش جدایی ناپذیری از شبکه انتقال و توزیع تبدیل شده‌اند.
انتقال نیرو شامل تجهیزاتی مانند ترانسفورماتور، بریکر، حفاظت و کنترل است.
تقاضای رو به رشد و مستمر انرژی همچنان عامل اصلی بازار تجهیزات انتقال خواهد بود.
در این مقاله به بررسی پست فشار قوی، تجهیزات پست فشار قوی، روند طراحی فناوری پست فشار قوی، انواع آن، ملاحظات لازم و ایمنی پست فشار قوی خواهیم پرداخت.
1# پست فشار قوی چیست؟
ایستگاه‌های برق فشار قوی که به عنوان پست فشار قوی نیز شناخته می‌شوند، تأسیساتی هستند که برای تبدیل برق از یک سطح ولتاژ به سطح دیگر به منظور انتقال و توزیع طراحی شده‌اند.
آنها به عنوان واسطه بین نیروگاه‌های تولید برق و مصرف کنندگان عمل کرده و تضمین می‌کنند که برق به صورت کارآمد و قابل اطمینان تحویل داده می‌شود.
این ایستگاه‌ها، برق را از نیروگاه‌ها در ولتاژهای پایین‌تر، معمولاً در حدود 11 تا 33 کیلو ولت دریافت می‌کنند و آن را به ولتاژهای بالا از 110 کیلو ولت تا 765 کیلوولت یا حتی بیشتر برای انتقال از راه دور می‌رسانند.
در این ولتاژهای بالا، الکتریسیته مقاومت کمتری را تجربه می‌کند و می‌تواند مسافت‌های بیشتری را با کمترین تلفات طی کرده و انتقال نیرو در مناطق مختلف را امکان پذیر سازد.
بازارهای کلیدی تجهیزات ولتاژ بالا شامل موارد زیر است که در مجموع بیش از 50 درصد از بازار پیش بینی شده در پنج سال آینده را تشکیل می‌دهند:
- چین
- ایالات متحده
- هند
- روسیه
- بریتانیا
- و ژاپن
2# تجهیزات پست فشار قوی
در این بخش به بررسی تجهیزات پست فشار قوی و کارکرد هر یک از آنها خواهیم پرداخت.
1-2# ترانسفورماتورهای قدرت (Power Transformers)
این دستگاه‌ها، نیروی کار پست‌ها هستند که در صورت نیاز، وظیفه افزایش یا کاهش سطوح ولتاژ را بر عهده دارند.
این نوع از تجهیزات پست فشار قوی دارای انواع مختلفی است که عبارت اند از:
- ترانسفورماتورهای افزاینده (Step-up): ترانسفورماتورهای افزایش دهنده ولتاژ را برای انتقال از راه دور افزایش می‌دهند.
- ترانسفورماتورهای کاهنده (Step-down): در حالی که ترانسفورماتورهای کاهنده ولتاژ را برای توزیع محلی کاهش می‌دهند.
مشخصات فنی این دسته از تجهیزات پست فشار قوی نیز به صورت زیر هستند:
- محدوده ولتاژ: 69kV تا 765kV
- سیستم خنک کننده: روغن یا هوا
- ظرفیت: از چند MVA تا صدها MVA
2-2# کلیدهای قدرت (Circuit Breakers)
این دسته از تجهیزات پست فشار قوی دارای نام‌های دیگری همچون سطح انتقال یا کلیدهای مدار بوده که از آخرین وسایلی هستند که در یک پست یافت می‌شوند.
هنگامی که نیاز به تغییر مدارهای انتقال ورودی یا خروجی در یک پست از راه دور وجود دارد از آنها استفاده می‌شود.
آنها همچنین ممکن است به جای فیوزهای برق ولتاژ بالا استفاده شوند.
کارکرد کلیدهای قدرت، قطع و وصل مدار تحت بار و حفاظت از آن در برابر اتصال کوتاه است.
انواع تکنولوژی به کار رفته در این نوع از تجهیزات پست فشار قوی عبارت اند از:
- کلیدهای روغنی (Oil CB)
- کلیدهای هوای فشرده (Air Blast CB)
- کلیدهای SF6 گاز هگزا فلوراید گوگرد
- کلیدهای خلأ (Vacuum CB)
مشخصات عملکردی آنها نیز به صورت زیر هستند:
- زمان قطع: 2 تا 8 سیکل
- ظرفیت قطع: تا 63kA
3-2# سکسیونرها (Disconnectors / Isolators)
از جمله کاربردهای سکسیونرها در پست فشار قوی می‌توان به ایجاد فاصله فیزیکی قابل مشاهده برای ایمنی اشاره کرد که ویژگی‌ها این دسته از تجهیزات پست فشار قوی عبارت اند از:
- فقط در حالت بی بار عمل می‌کنند.
- دارای انواع مختلفی از جمله تیغه‌ای، دورانی و قیچی‌‌ای است.
- مجهز به کنتاکت‌های زمین برای تخلیه بار باقیمانده است.
4-2# ترانسفورماتورهای اندازه گیری (Instrument Transformers)
این نوع از تجهیزات پست فشار قوی خود به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارت اند از:
- ترانسفورماتورهای جریان (CTs)
- کاربرد آنها عبارت است از: نمونه برداری از جریان به منظور اندازه گیری و حفاظت
- نسبت تبدیل آن نیز عبارت است از: از 50/5 تا 4000/5 آمپر
- ترانسفورماتورهای ولتاژ VTs یا PTs
- وظیفه این دسته از ترانسفورماتورها عبارت است از: کاهش ولتاژ برای اندازه گیری و حفاظت
- نسبت تبدیل آنها نیز عبارت است از: مثلاً 132kV/110V
5-2# برقگیرها (Lightning Arresters)
از جمله کارکردهای این دسته از تجهیزات پست فشار قوی می‌توان به حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا اشاره کرد.
برقگیرها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که وقتی ولتاژ اعمال شده از سطح آستانه ایمنی فراتر رفت، جریان به زمین می‌رسد؛ همانند زمانی که رعد و برق می‌زند.
این برقگیرها دارای انواع مختلفی هستند از جمله:
- برقگیرهای میله‌ای (Rod Gap)
- برقگیرهای اکسید فلزی (MOV)
- برقگیرهای سیلیکون کارباید
6-2# فیوز
فیوزها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که جریان بیش از حد را ذوب کرده و آن را قطع کنند، زمانی که آن جریان، تعیین شده توسط آستانه جریان زمانی، از سطح ایمن برای مدار محافظت شده فراتر رود.
بسته به ولتاژ خط، این فیوزها ممکن است تا حدود 183 سانتیمتر طول داشته باشند.
7-2# خازن‌های اصلاح ضریب قدرت (Capacitor Banks)
از جمله وظایف این دسته از تجهیزات پست فشار قوی می‌توان به جبران توان راکتیو و بهبود ضریب قدرت اشاره کرد.
خازن اصلاح ضریب قدرت خود دارای اجزای مختلفی است از جمله:
- واحدهای خازنی
- کلیدهای قطع و وصل
- سیستم‌های حفاظتی
8-2# راکتورها (Reactors)
راکتورها دارای انواع مختلفی هستند که در این بخش با انواع و کاربردهای هر یک از آنها آشنا خواهیم شد:
- راکتورهای سری که برای محدود کردن جریان اتصال کوتاه استفاده می‌شوند.
- راکتورهای شنت که برای جبران بارهای خازنی به کار می‌روند.
- راکتورهای فیلتر هارمونیک نیز از دیگر انواع تجهیزات پست فشار قوی هستند.
9-2# سیستم زمین (Earthing / Grounding System)
اجزای اصلی این دسته از تجهیزات پست فشار قوی عبارت اند از:
- شبکه زمین (مسی یا گالوانیزه)
- الکترودهای زمین
- اتصالات به بدنه تجهیزات
این تجهیزات دارای مقاومت مجاز معمولاً زیر 1 اهم هستند.
10-2# سیستم‌های کنترل و حفاظت (Control & Protection)
اجزای اصلی سیستم‌های کنترل و حفاظت نیز به صورت زیر هستند:
- رله‌های حفاظتی (دیستانس، دیفرانسیل، اورکارنت)
- سیستم SCADA
- تابلوهای کنترل محلی
- سیستم ارتباطی مانند فیبر نوری و PLC
11-2# تجهیزات کمکی (Auxiliary Systems)
پست‌های فشار قوی مدرن مجهز به سیستم‌های کنترل پیشرفته هستند که جریان برق را در زمان واقعی نظارت و تنظیم می‌کنند.
این سیستم‌ها از حسگرها، رله‌ها و کنترل‌های خودکار به منظور بهینه سازی عملکرد شبکه و واکنش سریع به اختلالات استفاده می‌کنند.
این دسته از تجهیزات پست فشار قوی دارای انواع مختلفی هستند که عبارت اند از:
- سیستم تغذیه DC باتری و شارژر
- سیستم روشنایی اضطراری
- سیستم اعلام و اطفای حریق
- سیستم تهویه و خنک کننده
12-2# قطع کننده مدار
قطع کننده مدار یا بریکر، برای محافظت از شبکه در برابر اضافه بار و خطا، نصب می‌شوند تا مدارهای معیوب را به سرعت قطع یا جدا کنند.
آنها به عنوان مکانیسم‌های ایمنی عمل کرده و از آسیب به تجهیزات جلوگیری و ثبات سیستم را تضمین می‌کنند.
بریکرها می‌توانند بسیار پیچیده‌تر هم باشند.
بسیاری از ناهنجاری‌های الکتریکی وجود دارد که خارج از محدوده جریان بیش از حد قرار می‌گیرند.
بریکرها معمولاً توسط یک مدار دیگر که اغلب تعداد زیادی از آنها بسته شده، خاموش می‌شوند.
قطع کننده‌های مدار ولتاژ بالا در طول تاریخ با مجموعه ای از کنتاکت‌های غوطه‌ور در مخزن پر از روغن عایق طراحی شده‌اند.
روغن عایق برای خاموش کردن قوس ایجاد شده توسط باز شدن کنتاکت‌ها و جلوگیری از جریان الکتریسیته عمل می‌کند.
بسیاری از کلیدهای مدار امروزی از گاز عایق که معمولاً گاز SF – 6 بوده به جای روغن استفاده می‌کنند.
مزیت استفاده از گاز به جای روغن در این نوع از تجهیزات پست فشار قوی، حذف مخزن و خطر ریزش روغن همراه با بهبود در خاموش کردن قوس است.
13-2# تابلو برق
از دیگر تجهیزات پست فشار قوی می‌توان به تابلو برق اشاره کرد که شامل کلیدها، فیوزها و قطع کننده‌های مدار مختلف است و جریان برق را داخل پست کنترل می‌کند.
تابلوهایی برق اپراتورها را قادر می‌سازند تا تجهیزات معیوب را جداسازی کرده، برق را تغییر مسیر داده و تعمیر و نگهداری را با خیال راحت انجام دهند.
14-2# شینه‌ها
شینه‌ها یا باسبارها از دیگر انواع تجهیزات پست فشار قوی بوده که شامل میله‌ها یا ریل‌های رسانایی هستند که برای اتصال اجزای مختلف درون پست مانند ترانسفورماتورها، قطع کننده‌های مدار و تابلو برق استفاده می‌شوند.
آنها ستون فقرات زیرساخت‌های الکتریکی را تشکیل می‌دهند و جریان صاف برق را تسهیل می‌کنند. باسبارها دارای انواع زیر هستند:
- باسبارهای انعطاف پذیر (Flexible Busbars):
- از سیم‌های آلومینیومی یا مسی تشکیل شده‌اند.
- برای ولتاژهای بالا (بالای 230 کیلوولت) مناسب هستند.
- نیاز به فضای بیشتری دارند، اما نصب آنها آسان‌تر است.
- باسبارهای صلب (Rigid Busbars):
- از لوله یا شمش‌های مسی یا آلومینیومی ساخته می‌شوند.
- برای پست‌های فشرده و فضای محدود مناسب هستند.
- نیاز به فواصل عایقی دقیق تری دارند.
ملاحظاتی که در طراحی این دسته از تجهیزات پست فشار قوی باید مد نظر داشت، عبارت اند از:
- ظرفیت جریان دهی باید 25 درصد بیشتر از حداکثر بار پیش بینی شده باشد.
- فواصل بین فازها بر اساس استانداردهای IEC / IEEE تعیین شود.
- سیستم اتصالات باید در برابر نیروهای الکترودینامیکی ناشی از اتصال کوتاه مقاوم باشد.
15-2# تجهیزات ویژه برای پست‌های GIS
پست‌های گازی عایق شده (GIS) تجهیزات خاصی دارند که شامل موارد زیر است:
- محفظه‌های تحت فشار گاز SF6 که دارای مشخصه‌های زیر است:
- فشار گاز معمولاً بین 3 تا 5 بار
- مجهز به سیستم نظارت بر فشار و نشت گاز
- سیستم مدیریت گاز SF6 شامل موارد زیر است:
- دستگاه‌های بازیافت و تصفیه گاز
- سیستم ذخیره سازی گاز اضطراری
- اتصالات ویژه GIS نیز عبارت اند از:
- اتصالات ماژولار پیش ساخته
- سیستم‌های آب بندی ویژه
16-2# جدا کننده
از دیگر انواع تجهیزات پست فشار قوی جداکننده‌ها هستند که مراقب کلیدهای مدار در زمانی که کلیدهای مدار باز بوده هستند تا مطمئن شوند که کلیدهای مدار کار دیگری انجام نمی‌دهند.
17-2# رله
این نوع از تجهیزات پست فشار قوی برای تشخیص عیوب در شبکه تغذیه کننده پست نیاز است که به قطع کننده‌های مدار متصل خواهند شد.
رله‌ها را می‌توان به گونه‌ای طراحی کرد که بریکر را در موارد زیر قطع کند:
- ولتاژ بیش از حد
- جریان اضافه
- دیفرانسیل زاویه فاز
- انحراف فرکانس
- عدم تعادل
- و مواردی از این قبیل یا شاید ترکیبی از موارد فوق
حفاظت از شبکه ابزار کاملاً ضروری و به همان اندازه پیچیده است.
18-2# کوپلینگ خازن
این نوع از تجهیزات پست فشار قوی برای جلوگیری از ورود فرکانس برق 50 هرتز به واحد PLCC ارتباط حامل خط برق استفاده می‌شوند.
19-2# باتری‌ها
این باتری‌ها در محفظه کنترل پست به عنوان پشتیبان برای تغذیه سیستم‌های کنترل در صورت قطع برق استفاده می‌شوند.
20-2# بانک خازن
این دسته از تجهیزات پست فشار قوی به منظور اصلاح ضریب توان استفاده می‌شوند.
21-2# ترانسفورماتور جریان و پتانسیل
این نوع از تجهیزات پست فشار قوی برای تشخیص جریان‌ها و ولتاژها به کار می‌روند.
22-2# صفحه کنترل
صفحه کنترل به منظور نمایش وضعیت کلیدهای مداربوده که دارای کلیدهایی برای باز یا بسته کردن کلیدهای مدار و مواردی از این قبیل هستند.
23-2# صاعقه گیر
این وسیله در دو طرف ترانسفورماتورها برای محافظت از آنها نصب می‌شود.
24-2# عایق
تعداد زیادی از این تجهیزات پست فشار قوی روی پایه‌ها یا قطب‌های مناسب برای نگه داشتن همه دستگاه‌ها و هادی‌ها در بالای سطح زمین در ولتاژ بالا، همراه با تعداد زیادی میله برقی به هادی‌ها و اجزای رسانا متصل می‌شوند.
25-2# محفظه‌ها و تأسیسات جانبی پست
این دسته از تجهیزات پست فشار قوی شامل موارد زیر هستند:
- محفظه کنترل که دارای ویژگی‌ها و کاربردهای زیر است:
- محل استقرار سیستم‌های حفاظت و کنترل
- مجهز به سیستم‌های امنیتی و کنترل دسترسی
- دارای سیستم تهویه مطبوع و ضد حریق
- تأسیسات جانبی نیز دارای سیستم‌های زیر هستند:
- سیستم آب و فاضلاب
- سیستم اعلام و اطفای حریق مرکزی
- سیستم روشنایی محوطه
- سیستم حفاظت کاتدی برای تجهیزات فلزی
26-2# سیستم‌های نظارت و تشخیص وضعیت (Condition Monitoring Systems)
تجهیزات اصلی نظارت و تشخیص وضعیت عبارت اند از:
- سیستم تحلیل گازهای محلول (DGA) که:
- تغییرات ترکیب گازهای روغن ترانسفورماتور را بررسی می‌کند.
- همچنین، می‌تواند، نقص‌های داخلی ترانسفورماتور را پیش بینی کند.
- دستگاه‌های اندازه گیری جزئیات تخلیه الکتریکی (PD Measurement) که:
- تخلیه جزئی در عایق تجهیزات را تشخیص می‌دهد.
- از خرابی‌های پیشرونده نیز جلوگیری می‌کند.
- سیستم‌های ترموگرافی مادون قرمز که:
- نقاط داغ در اتصالات و تجهیزات را شناسایی می‌کند.
- برای بازرسی دوره ای بسیار مفید است.
3# روند جدید در فناوری پست‌های فشار قوی
از جمله تحولات اخیر در طراحی فناوری تجهیزات پست فشار قوی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- پست‌های دیجیتال (Digital Substations):
- استفاده از سنسورهای هوشمند
- ارتباطات مبتنی بر پروتکل IEC 61850
- سیستم‌های حفاظت و کنترل دیجیتال
- پست‌های ماژولار و پیش ساخته:
- کاهش زمان نصب و راه اندازی
- قابلیت جا به جایی و توسعه آسان
- فناوری‌های جدید عایق کاری:
- استفاده از عایق‌های جامد پیشرفته
- گازهای جایگزین برای SF6 با پتانسیل گرمایش جهانی کمتر
4# انواع پست‌های فشار قوی
انواع پست فشار قوی را براساس موارد زیر تقسیم بندی می‌کنیم.
1-4# بر اساس ولتاژ
انواع پست فشار قوی بر اساس ولتاژ به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:
- پست‌های فوق العاده فشار قوی (EHV): 230kV به بالا
- پست‌های فشار قوی معمولی (HV): 36kV تا 230kV
- پست‌های فشار متوسط (MV): 1kV تا 36kV
2-4# بر اساس کاربرد
انواع پست فشار قوی بر اساس کاربردی که دارند به دسته‌های زیر تقسیم خواهند شد:
- پست‌های انتقال (Transmission Substations) که شامل موارد زیر هستند:
- اتصال خطوط انتقال به یکدیگر
- کار معمولاً در ولتاژهای بالای 132kV
- پست‌های توزیع (Distribution Substations) که دارای ویژگی‌های زیر هستند:
- تبدیل ولتاژ انتقال به ولتاژ توزیع
- معمولاً در محدوده 33kV تا 132kV
- پست‌های صنعتی (Industrial Substations) نیز به صورت زیر هستند:
- تأمین برق مورد نیاز صنایع بزرگ
- اغلب دارای طراحی خاص برای نیازهای صنعتی
5# استانداردهای مهم در طراحی پست‌ها
از جمله استانداردهایی که در طراحی پست فشار قوی استفاده می‌شود، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
1-5# استانداردهای بین المللی
از جمله استانداردهای بین المللی پست فشار قوی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- استانداردهای IEC سری 62271 برای تجهیزات فشار قوی
- استانداردهای IEEE استانداردهای C37 سری برای کلیدها و تجهیزات پست فشار قوی
- استانداردهای CIGRE راهنماهای فنی برای طراحی پست
2-5# استانداردهای ملی
هر کشور معمولاً استانداردهای ملی خاص خود را دارد که بر اساس شرایط محلی آن تدوین شده اند.
6# ایمنی در پست‌های فشار قوی
ایمنی در پست فشار قوی به صورت زیر خواهد بود.
- خطرات اصلی
- شوک الکتریکی
- قوس الکتریکی (Arc Flash)
- خطرات مکانیکی
- خطرات شیمیایی (روغن، گاز SF6)
- اقدامات ایمنی
- سیستم‌های زمین گیری مناسب
- علائم هشداردهنده و حفاظ فیزیکی
- تجهیزات حفاظت فردی (PPE) همانند برنامه‌های آموزشی ایمنی منظم
7# ملاحظات طراحی پست فشار قوی
از جمله ملاحظاتی که در طراحی پست فشار قوی باید مد نظر قرار داشت، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- عوامل مؤثر در طراحی عبارت اند از:
- سطح ولتاژ نامی
- ظرفیت مورد نیاز
- شرایط محیطی (آب و هوا، آلودگی، ارتفاع)
- ملاحظات توسعه آینده
- الزامات قابلیت اطمینان
- چیدمان فیزیکی نیز به انواع زیر تقسیم خواهند شد:
- چیدمان باز (AIS – Air Insulated Substation) که شامل موارد زیر است:
- نصب تجهیزات در فضای باز
- نیاز به فضای زیاد
- هزینه نگهداری نسبتاً بالا
- چیدمان گازی (GIS – Gas Insulated Substation) نیز به صورت زیر خواهد بود:
- قرار گرفتن تجهیزات در محفظه‌های گاز SF6
- فضای مورد نیاز بسیار کمتر
- هزینه اولیه بالا اما نگهداری آسان تر
1-7# ملاحظات زیست محیطی در طراحی پست‌ها
این ملاحظات شامل اقدامات کاهش اثرات محیط زیستی زیر خواهد بود:
- سیستم‌های کاهش صدا (برای ترانسفورماتورها)
- مدیریت روغن‌های عایق (جلوگیری از نشت)
- سیستم‌های جمع آوری و بازیافت SF6
- طراحی معماری هماهنگ با محیط زیست
استانداردهای زیست محیطی نیز عبارت اند از:
- استاندارد ISO 14001 برای مدیریت محیط زیست
- دستورالعمل‌های IEC در مورد مدیریت گاز SF6
- مقررات محلی در مورد سطح صدا و میدان‌های الکترومغناطیسی
درباره نویسنده : فریبا صالح
نظرتون درباره این مقاله چیه؟
ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.
توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.
