دانلود تحقیق مکانیزم انتقال برق
| دسته بندی | برق |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 691 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 19 |
انتقال برق (electric power transmission) به معنی انتقال انرژی الکتریکی در مقیاس بزرگ از نیروگاهها (power plants) به پست‌های برق (electrical substations) در نزدیکی مراکز مصرف می‌باشد. انتقال برق شامل سیم‌کشی‌های محلی بین پست‌های فشار قوی و مصرف‌کنندگان، که مربوط به توزیع برق (electric power distribution) می‌شود، نمی‌باشد. خطوط انتقال زمانی که به هم متصل هستند، تشکیل شبکه‌های انتقال را می‌دهند. شبکه‌های ترکیبی انتقال و توزیع به عنوان شبکه‌های برق قدرت (power grid) و یا شبکه (grid) شناخته می‌شوند.
بر خلاف جریان DC، جریان AC را می‌توان توسط یک ترانسفورماتور (transformer) به سطوح مختلف ولتاژی انتقال داد. هر چه میزان ولتاژ افزایش یابد، انتقال توان هم موثرتر صورت خواهد گرفت. افزایش میزان قابلیت انتقال توان به علت قانون اهم است که بیان‌گر این است که تلفات انرژی الکتریکی وابسته به عبور جریان از یک رسانا است. تلفات توان به علت جریان توسط رابطه P=I2R محاسبه می‌شود؛ بنابراین اگر مثلا جریان دو برابر شود، تلفات چهار برابر خواهد شد.
با استفاده از ترانسفورماتور می‌توانیم ولتاژ را به سطح بالاتری افزایش دهیم تا بتوانیم توان را در طول فواصل بلند با شدت جریان پایین انتقال داده و در نتیجه تلفات کاهش یابد؛ سپس می‌توانیم ولتاژ را دوباره به سطحی که برای تغذیه خانگی بی‌خطر باشد، کاهش دهیم.
ولتاژ تولید شده در نیروگاه توسط پست‌هایی که در نیروگاه قرار دارند و دارای ترانسفورماتورهای افزاینده می‌باشند، به ولتاژ 230 یا 400 کیلوولت تبدیل می‌شود. برق فشار بالا از راه خطوط انتقال قدرت شبکه سراسری به پست‌های فوق‌توزیع منتقل می‌شود. برق از این پست‌ها به وسیله خطوط فوق‌توزیع 132 و 63 کیلوولت به پست‌های توزیع وارد و به برق با فشار متوسط و فشار ضعیف تبدیل می‌شود و با ولتاژ 220 ولت به دست مصرف‌کننده می‌رسد.
یک شبکه برق، سیستم انتقال با رنگ آبی نشان داده شده است
از لحاظ تاریخی مالکیت خطوط انتقال و توزیع به یک شرکت تعلق داشته است، اما با شروع دهه 1990، بسیاری از کشورها بازار برق را آزاد کردند؛ به صورتی که این کار منجر به جدایی کسب و کار انتقال برق از کسب و کار توزیع شده است.
سیستم‌های انتقال برق
اکثر خطوط انتقال از جریان متناوب (AC) سه فاز ولتاژ بالا استفاده می‌کنند، اگر چه AC تک فاز نیز گاهی در سیستم‌های برق راه‌آهن استفاده می‌شود. جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) تکنولوژی است که برای بهره‌وری بیش‌تر در مسافت‌های بسیار طولانی در حد صدها کیلومتر و یا کابل‌های برق زیر دریایی در حد بیش از 50 کیلومتر استفاده می‌شود. اتصالات HVDC همچنین برای ایجاد ثبات در برابر مشکلات کنترلی در شبکه‌های بزرگ توزیع قدرت که در آن بارهای جدید ناگهانی و یا خاموشی در بخشی از یک شبکه می‌تواند باعث ایجاد مشکلات سنکرون سازی (synchronization) و خرابی آبشاری (cascading failures) شود، به کار می‌روند.
به منظور کاهش انرژی اتلافی در انتقال راه دور، برق با ولتاژ بالا (110 کیلو ولت و بالاتر) انتقال می‌یابد. برق قدرت معمولا از راه خطوط هوایی برق (overhead power lines) منتقل می‌شود. انتقال برق زیرزمینی (underground power transmission) دارای هزینه بسیار بالاتر و محدودیت‌های عملیاتی بیش‌تر است، اما گاهی اوقات در مناطق شهری و یا نقاط حساس استفاده می‌شود.
محدودیت اصلی در توزیع برق این است که به جز برخی از موارد استثنا، انرژی الکتریکی را نمی‌توان ذخیره نمود و بنابراین باید به میزان نیاز تولید شود. برای اطمینان از نزدیکی زیاد میزان تولید به تقاضا، یک سیستم کنترل پیچیده مورد نیاز است. اگر تقاضای برق بیش از عرضه باشد، ممکن است نیروگاهها و تجهیزات انتقال خاموش شوند که در بدترین موارد می‌تواند منجر به خاموشی سراسری (blackout) گردد، مانند خاموشی سراسری شمال شرقی آمریکا در سال‌های 1965، 1977، 2003. برای کاهش احتمال چنین مشکلی، شبکه‌های انتقال برق (electric transmission networks) به شبکه‌های منطقه‌ای، ملی و یا قاره‌ای متصل شده‌اند در نتیجه چندین مسیر جایگزین برای جریان برق قدرت ایجاد می‌کنند تا احتمال خرابی به حداقل برسد. تحلیل‌های زیادی توسط شرکت‌های انتقال برای تعیین حداکثر ظرفیت قابل اعتماد هر خط انجام شده است (معمولا کم‌تر از حد فیزیکی و یا حرارتی آن) تا از ظرفیت اضافی موجود در یک بخش از شبکه در زمان خرابی در دیگر بخش‌های شبکه استفاده شود.
یک شبکه برق
انتقال هوایی overhead transmission
رساناهای هوایی ولتاژ بالا با عایق پوشش داده نمی‌شوند. ماده رسانا تقریبا همواره یک آلیاژ آلومینیوم است که به صورت رشته‌ای و احتمالا تقویت شده با رشته‌های فولادی ساخته می‌شود. گاهی مس برای انتقال هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد اما آلومینیوم سبک‌تر است و تنها اندکی کاهش کارایی به همراه هزینه‌های بسیار پایین‌تر به همراه دارد.
سیم‌های ضخیم‌تر باعث افزایش نسبتا کمی در ظرفیت می‌شوند؛ زیرا اثر پوستی (skin effec) باعث می‌شود که بیش‌تر جریان در نزدیکی سطح سیم برقرار شود. به دلیل این محدودیت جریان، زمانی که ظرفیت بالاتر مورد نیاز باشد از چند کابل موازی به نام دسته رسانا (bundle conductors) استفاده می‌شود. دسته رسانا همچنین نیز در ولتاژهای بالا به منظور کاهش تلفات انرژی ناشی از تخلیه کرونا (corona discharge) استفاده می‌شود.
امروزه سطح ولتاژ انتقال معمولا 110 کیلو ولت و بالاتر در نظر گرفته می‌شود. ولتاژهای پایین‌تر مانند 66 کیلوولت و 35 کیلوولت معمولا ولتاژهای انتقال کوتاه (subtransmission voltages) می‌باشند ولی گاهی در خط‌های طولانی با بارهای کم به کار می‌روند. ولتاژهای کم‌تر از 35 کیلوولت معمولا برای توزیع برق (distribution) استفاده می‌شوند. ولتاژ بالاتر از 230 کیلو ولت به عنوان ولتاژ فوق پر فشار (extra high voltage) در نظر گرفته می‌شود و نیاز به طراحی متفاوتی در مقایسه با تجهیزات مورد استفاده در ولتاژهای پایین‌تر دارد.
از آن جا که سیم‌های انتقال هوایی به عایق هوایی وابسته هستند، طراحی این خطوط نیاز به حداقل فاصله برای حفظ ایمنی دارد. شرایط آب و هوایی نامطلوب دارای باد بالا و دماهای پایین می‌تواند به قطع برق منجر شود. بادی با سرعت به پایینی 43 کیلومتر در ساعت می‌تواند باعث از دست رفتن فاصله کاری رساناها و در نتیجه اتصالی و از دست رفتن عرضه برق شود.
انتقال زیرزمینی underground transmission
برق همچنین می‌تواند به جای خطوط هوایی توسط کابل‌های زیر زمینی (underground power cables) منتقل شود. کابل‌های زیر زمینی نسبت به خطوط هوایی کم‌تر در سر راه قرار دارند، کم‌تر جلوی چشم هستند و کم‌تر تحت تاثیر بدی آب و هوا قرار می‌گیرند. با این حال، هزینه کابل روکش‌دار و حفاری بسیار بیش‌تر از ساخت خطوط هوایی می‌باشد. یافتن و تعمیر خرابی در خطوط انتقال مدفون نیاز به زمان بیش‌تری دارد. خطوط زیرزمینی به شدت توسط ظرفیت حرارتی آن‌ها محدود هستند و امکان اضافه بار کم‌تری نسبت به خطوط هوایی دارند. کابل‌های زیر زمینی طولانی دارای ظرفیت خازنی قابل توجهی هستند که می‌تواند توانایی آن‌ها را برای ارایه توان مفید به بارها را کاهش دهد.
فایل ورد 19 ص