گزارش کارآموزی با عنوان ترانسفورماتورهای توزیع

 مقدمه :

در حالی كه توجه زیادی به واحدهای تولید توان الكتریكی و خطوط انتقال انرژی می‌شود سیستم توزیع انرژی الكتریكی مورد توجه كمی قرار گرفته است .این بی توجهی شاید بدین خاطر باشد كه خطوط توزیع انرژی روی تیرها و در خیابان ها و كوچه ها و در پشت ساختمان ها بدون جلب توجه عبور كرده حتی در بعضی از قسمت ها در زیر زمین،  خارج از دید عموم نصب شده اند.

     دلیل دیگر عبور مقدار زیاد توان از یك خط انتقال انرژی در مقایسه بایك خط توزیع انرژی است. قطع یك خط انتقال منطقه ی وسیعی را دچار خاموشی می كند و بدین جهت مورد توجه قرار می گیرد. در صورتی كه قطع یك خط توزیع انرژی بخش كوچك را تحت تأثیر قرار دهد قابل توجه نیست.

در مقایسه با نیروگاه ها، هزینه برای سیستم توزیع معمولاً به صورت مقادیر كم انجام می‌شود .اگر چه ممكن است هزینه ی كل سیستم توزیع بیشتر باشد با توجه به این كه جامعه بیش از پیش برای پیشرفت به یك منبع انرژی خوب نیاز دارد ارتباط بین منبع انرژی و مصرف كننده یعنی سیستم توزیع انرژی نقش بحرانی تری پیدا می كند. در نتیجه نه تنها نیاز به توان تحویلی بیشتری است بلكه احتیاج به كیفیت بالاتری از انرژی نیز می باشد.

    در روزگار اولیه ی صنعت قدرت الكتریكی تولید و توزیع انرژی با هم آمیخته بود و سیستم توزیع وسعت كمی داشت تاخیری مورد سرویس دهی كوچك و تعداد مشتركین نسبتاً كم بود همچنین مقدار مصرف هر مشترك زیاد نبود.

     سیستم های توزیع اولیه جریان مستقیم بودند و در ولتاژ كم توزیع می كردند. پیدایش ترانسفورماتور و افزایش بار مورد انتقال روی مسافت بیشتر و با فاصله بیشتر از منبع، به زودی سیستم جریان متناوب جایگزین جریان مستقیم شد. هم اكنون با افزایش سطح ولتاژ امكان تغذیه ی بارهای

بیشتر و در فواصل دورتر وجود دارد كه این ولتاژ در محل مصرف برای تغذیه ی مصرف كنندگان كاهش داده می شود.

نیاز به سرویس دهی برق به انواع مختلف مصرف كنندگان توسعه یافته است مصرف كنندگان به مصرف كنندگان مناطق شهری، حاشیه ای، محلی و مصرف كنندگان تجاری شامل مغازه ها، مراكز خرید، ساختمان دفاتر و مصرف كنندگان صنعتی شامل تولید كنندگان با میزان مصرف متفاوت و واحد های خدماتی در اندازه های مختلف تقسیم می‌شوند. به موازات توسعه ی مدارهای توزیع انرژی، مواد، تجهیزات و ابزار مناسبتر هم توسعه یافتند كه امكان ساخت، تعمیر و بهره برداری با بازده ی بالاتر را فراهم می ساخت روندی كه تا به امروز ادامه داشته است تیرهای چوبی از جنس چوب خام كم كم جای خود را به تیرهای با جنس سخت تر و ظاهر بهتر دادند. سپس تیرهای سیمانی تقویت شده و تیرهای فلزی مورد استفاده قرار گرفتند. هم اكنون مطالعات برای استفاده از تیرهای پلاستیكی انجام می شود.

    هادی ها ابتدا از مس ساخته می شدند. امروز آلمنیوم و آلیاژ های مس و فولاد نیز به كار می روند مطالعات بر روی استفاده از هادی های ساخته شده از آلیاژ های مختلف در جریان است. مقره های پرسلین قبلاً به صورت تك حلقه ای ساخته می شدند. امروزه این عایق ها به صورت قطعه قطعه ساخته می شوند و قابل اتصال به هم هستند و تشكیل رشته ای از مقره ها را می دهند كه برای هر سطح ولتاژی قابل استفاده می باشند. مقره های شیشه ای و پیركس نیز به طور وسیعی به كار می روند و اكنون تحقیقات برای استفاده از مقره ها با تركیبات پلاستیكی انجام می شود. عایق های لاستیكی برای كابل ها كه قبلاً برای اكثر كابل ها مورد استفاده قرار می گرفت و قابلیت تحمل ولتاژ آن ها كم بود، جای خود را به عایق های دیگر نظیر عایق های كاغذ آغشته و عایق های پلاستیكی دادند مطالعات برای استفاده از عایق های با تركیبات پلاستیك برای ولتاژ های بالاتر ادامه دارد.

ترانسفورماتورها هم كوچكتر و هم با بازده ی بیشتر و ارزان تر شده اند. شكل های جدید هسته های فولادی ترانسفورماتورها با تركیبات جدید باعث كاهش تلفات مغناطیسی می شود و عمر ترانسفورماتور را نیز افزایش می دهد همچنین باعث افزایش ظرفیت ترانسفورماتور به ازای یك اندازه ی ثابت می گردد. به علاوه تجهیزات حفاظتی مربوط داخل همان محفظه ی ترانسفورماتور قرار می گیرند و شكل ظاهری آن را بهتر و حمل آن را ساده تر می كند. تحقیقات روی جنس هسته ی مورد استفاده و عایق ترانسفورماتورها ادامه دارد.

خازن های موازی به منظور تنظیم ولتاژ و كاهش تلفات به كار می روند. كه با این كار به تنظیم كننده های ولتاژ در شبكه كمك می كنند و در ضمن بازده ی بهره برداری از سیستم را نیز بالا می برند. هم اكنون به جای غلاف سربی از روكش تركیبات پلاستیك برای مقاوم كردن كابل های زیر زمینی در برابر آب استفاده می شود.

 مسأله ی تلفات در سیستم توزیع انرژی با توجه به هزینه ی سوخت، اهمیت بیشتری پیدا می كند و دیگر یك فاكتور جانبی در تغذیه ی انرژی الكتریكی نیست. اندازه گیری تلفات انرژی حقیقی در چنین سیستمی مشكل است زیرا فاكتورهای دیگری در محاسبه تفاوت بین انرژی مصرف شده توسط مشتركین و انرژی تولید شده دخالت دارند. با این حال این تلفات 10 تا 20 درصد انرژی تولید شده توسط نیروگاه ها است. از آن جایی كه تلفات متناسب با مربع جریان عبوری از هادی است چه در خط و چه در تجهیزات الكتریكی پایین نگه داشتن جریان باعث كاهش تلفات می شود. سیاست های مختلفی برای انجام این كار اتخاذ می گردد. اصول اولیه ی این سیاست، بالابردن ولتاژ مدارها و كاهش جریان آن ها به ازای یك بار مشخص می  باشد.

    افزایش سطح مقطع هادی ها و كاهش طول فیدرها به منظور كاهش مقاومت مدار نیز برای كاهش تلفات به كار می رود. در سیستم های جریان متناوب نصب خازن ها در نقاط مهم باعث بهبود ضریب توان و در نتیجه كاهش جریان عبوری به ازای یك بار ثابت می شود. نظر به این كه جریان عبوری، معیاری از مصرف انرژی الكتریكی توسط مصرف كننده می باشد، سعی در جهت كاهش تقاضای مصرف و یكنواخت كردن مقدار مصرف انرژی در ساعات مختلف طول روز است به این كار مدیریت انرژی گفته می شود. بدین منظور تجهیزات با كنترل الكترونیكی، عمل قطع و وصل قسمتی از بار مشتركین را به نحوی انجام می دهند كه ضمن جلب رضایت مشتركین و عدم وقفه در سرویس دهی مقادیر حداكثر و حداقل مصرف روزانه تغییر كند و منحنی بار به سمت یك مصرف پیوسته و یكنواخت میل نماید.

از طریق رله های الكترونیكی می توان كلید ها را از راه دور باز و بسته و تجهیزات اضافی از قبیل خازن ها را وارد و خارج كرد. بار فیدرها را با تغییرات مصرف كنترل و در حالت های اضطراری قسمتی ازمدار را بی برق و قسمت های سالم را به طور اتوماتیك ( بدون نیاز به اپراتور) برقدار نمود.

      خواندن كنتور مشتركین و تهیه ی صورت حساب آن ها، در بسیاری از كشورها از راه دور انجام می شود و هزینه ی قابل توجهی را برای اداره ی برق صرفه جویی می كند.

    عامل های دیگری هستند كه روی طراحی، نصب و بهره برداری سیستم های توزیع اثر می گذارند.اقتصاد مهم ترین آن ها است. اما با توجه به ملاحظات فوق، عامل های دیگر مانند بودجه، نرخ تورم، نرخ بهره، ارزش هزینه های كنونی در آینده، همچنین ارزش كنونی هزینه های آینده، مالیات ها، الگوی رشد مصرف، روابط مصرف كنندگان، وضعیت استخدام، در دسترس بودن پرسنل ماهر و برنامه ریزی آموزشی و موارد دیگر حتی وضعیت آب و هوا نیز تأثیر دارند.

    در این جا لازم به یادآوری است كه گاهی اوقات ممكن است لازم باشد بعضی فاكتورهای غیر فنی در نظر گرفته شوند. در این بحث جزئیات مداری تجهیزات، نظیر ساختمان ترانسفورماتورها یا خازن های مورد مطالعه قرار نمی گیرد و بیشتر بهره برداری از آنها مورد توجه است در مواقعی كه توضیح بیشتر در مورد تجهیزات خاصی ضرورت داشته باشد قدری به آن پرداخته می شود یا به طور كلی فرض می شود كه خواننده با تئوری های مربوط آشنا است و ریاضیات به كار رفته  در سطح دانشگاهی است .

   لازم به یادآوری است كه طراحی سیستم توزیع گاهی از فاكتورهای دیگری متأثر می شود كه از نظر فنی یا اقتصادی توجیه ندارد. برای مثال، مدرن كردن شبكه و یا گاهی اوقات تعریض جاده ها باعث تغییر مسیر خطوط می گردد كه هزینه های زیادی برای صنعت برق دارد اگر چه از نظر اقتصادی قابل توجیه نیست.

نظر به این كه مهندس توزیع باسیستمی سروكار دارد كه وضعیت آن در حال تغییر است باید وضعیت كنونی و تغییرات سیستم در گذشته را مد نظر قرار دهد. همچنین باید با توجه به رشد مصرف تدابیری برای توسعه شبكه در آینده اتخاذ نماید.

    بحث سیستم قدرت بدون توجه به آینده كامل نیست. اقتصاد تغذیه انرژی اثر زیادی روی انواع مختلف منابع انرژی نه تنها در این كشور بلكه در جهان صنعت دارد. اثر این سیاست ها روی سیستم قدرت به خصوص سیستم توزیع قابل توجه است .از طرفی ممكن است تمایل زیادی به تأمین انرژی مصرف کنندگان از طریق یک منبع مرکزی باشد.از طرف دیگر استفاده از انرژی های دیگر قابل مطالعه است به نظر می رسد كه منابع نفت و گاز طبیعی ارزان جایگزین منابع دیگر انرژی شده اند. در آینده سوخت های اتمی و در بلند مدت انواع دیگر انرژی شاید سلول های ذخیره ای شیمیایی جدید، الكل یا سوخت های دیگر حاصل از محصولات كشاورزی، انرژی خورشیدی ، انرژی باد و یا تركیب آن ها حرف اول را بزنند.

    شاید در نهایت از قدرت هسته ای با طول عمر چند دهه یا بیشتر در محل مشتركین با حذف نیروگاه و سیستم انتقال و توزیع استفاده شود.

      حالت های دیگر تولید و تغذیه انرژی نیز ممكن است. به نظر می رسد كاهش دادن مصرف پیك مشتركین و ضریب همزمانی منطقی باشد در این حالت با اعمال سیاست مدیریت باربا نرخ های متغیر مشتركین را مجبور به اجرای آن می نماییم. كاهش پیك مشتركین باعث كاهش اندازه ی تجهیزات و هزینه خواهد شد. شاید وابستگی بیشتر به الكتریسته در مقایسه با دیگر انواع انرژی بدین جهت باشد كه مصرف كنندگان خواستار انرژی با قابلیت اطمینان زیاد هستند. برای تحقق این خواسته، در عین حالی كه باید هزینه پایین نگه داشته شود نیاز به مهندس توزیع ورزیده و با تجربه است. همان طور كه ملاحظه شد مهندسی تركیبی از علم و هنر است. دانشمندان و محققین اصول و قوانین برای كشف یا خلق مواد جدید و روش های مدرن را تدوین می كنند كه دارای تعبیر و توصیف مشخص است در طرف دیگر هنرمندان هستند كه موقعیت ها و شرایط را خلق می كنند و به تصویر می

كشند بدون این كه آگاهی از واقعیت عملی بودن و امكان پذیری آن داشته باشند. در این جا مهندسین هستند كه باید هنر را به كار گیرند. در حالی كه دانشمندان و هنرمندان بدون توجه به هزینه عمل می كنند مهندسین همیشه به شدت به اقتصاد وابسته هستند و در واقع اغلب ملاحظه شده است كه كاری را كه دیگران با ده دلار و یا بیشتر انجام می دهند یك مهندس با یك دلار انجام می دهد.

    مهندس توزیع با مشكلاتی رو به رو است كه به ندرت مشابه و یا حتی تقریباً مشابه هستند و جواب آن ها كاملاً مشخص نیست ولی می توان بهترین جواب ممكن را به دست آورد. اغلب بهبود در روش ها باید به كار گرفته شود زیرا هیچ كاری در این رابطه كامل نیست و به تمام پرسش ها پاسخ نمی دهد و این كار مهندس سیستم است كه باید دنبال نتایج قابل قبول با هزینه حداقل بگردد اگر چه هیچ روشی تمام مشكلات را با هم حل نمی كند و به تمام پرسش ها پاسخ نمی دهد.