انتقال و توزیع انرژی الکتریکی

انتقال انرژی الکتریکی:
طیف وسیع و گسترده استفاده از انرژی الکتریکی باعث شده است تا مصرف کننده های الکتریکی معمولا
نسبت به محل نیروگاه فاصله مکانی زیاد داشته باشند و از این رو بحث انتقال انرژی الکتریکی تولیدی
نیروگاه، به نقاط دوردست مطرح میشود. این امر با استفاده از خطوط انتقال صورت می گیرد. خطوط انتقال
در واقع کانا ل ها و مسیرهایی هستند که انرژی از طریق آنها به دست مصرف کننده ها رسانده می شود.
برای انتقال انرژی الکتریکی به یک محیط یا ماده مناسب احتیاج است. سهولت حرکت الکترون ها در هر
ماده ای یکسان نمی باشد. به عبارت دیگر هر ماده در برابر حرکت الکترونها دارای مقاومتی می باشد که به
آن مقاومت الکتریکی گویند و آنرا با واحد اهم اندازه می گیرند. اگر به دو سر یک ماده نیرو محرک های
برابر یک ولت اعمال شود و از آن جریان یک آمپر عبور کند، آن گاه مقاومت آن ماده برابر یک اهم است.
برای محاسبه مقاومت یک جسم، ولتاژی را به دو سر آن اعمال کرده و جریان عبوری را انداز ه می گیریم.
با توجه به قانون اهم می توان با تقسیم اندازه ولتاژ بر اندازه جریان مقدار مقاومت جسم را حساب کرد.
مواد مختلف را بسته به میزان مقاومتشان در برابر عبور الکترون ها به سه دسته هادی ها یا رساناها، عایق ها
و نیمه هادی ها تقسیم می کنند. مواد هادی، موادی هستند که

[vip-members]

دارای مقاومت پایینی بوده و به راحتی جریان
را از خود عبور می دهند. از این مواد می توان به طلا، نقره، مس و آلومینیوم اشاره کرد. برخی دیگر از مواد،
دارای مقاومت بسیار بالایی در برابر عبور جریان هستند که به عایق ها معروفند. نیمه هادی ها دارای
مقاومتی بین مواد هادی و عایق هستند.
برای انتقال انرژی الکتریکی از مواد هادی خوب و ارزان مانند مس یا آلومینیوم استفاده می شود. این مواد
هر چند دارای مقاومت کمی هستند ولی وجود همین مقاومت باعث اتلاف شدید انرژی در طول مسیر
انتقال می شود.اگر مقاومت مسیر انتقال را R و جریان عبوری را I فرض کنیم در هر ثانیه مقدار RI2 ژول انرژی در طول مسیر به گرما تبدیل شده و در واقع تلف می شود. وجود این مقاومت همچنین باعث افت ولتاژ در انتهای مسیر انتقال می شود. این افت ولتاژ به مقدار RI ولت می باشد.

راه عملی برای کم کردن تلفات و نیز افت ولتاژ، کاهش جریان عبوری از خط است. یکی از خصوصیات مهم جریان های AC سهولت در تغییر اندازه آن است که باعث شده تا این نوع جریان برای انتقال به نقاط دوردست مناسب باشد. اندازه جریا ن های AC را می توان با استفاده از ترانسفورماتورها تغییر داد.

ترانسفورماتورها تجهیزاتی هستند که انرژی الکتریکی را به نوع دیگری تبدیل نمی کنند بلکه فقط در اندازه
جریان و ولتاژ عبوری از خود تغییر ایجاد می کنند. در نیروگاه ها و قبل از انتقال انرژی الکتریکی، با استفاده
از ترانسفورماتورها، اندازه جریان را کاهش داده و در عوض اندازه ولتاژ را افزایش می دهند به گونه ای که
توان عبوری از خط که با حاصل ضرب اندازه ولتاژ و جریان رابطه مستقیم دارد، ثابت می ماند. به این ترتیب
با کاهش اندازه جریان، میزان تلفات انتقال انرژی و نیز میزان افت ولتاژ به شدت کاهش می یابد.
از طرفی، اغلب مصرف کننده های الکتریکی به گونه ای ساخته می شوند که نمی توانند با ولتاژهای بالا کار
کنند. از این رو پس از انتقال انرژی و در محل مصرف ، با استفاده از ترانسفورماتورها، اندازه ولتاژ را مجدداً
کاهش داده و به مصرف کننده ها اعمال می شود.

در مورد جریان های DC تغییر در اندازه آن ها کار ساد ه ای نیست و ترانسفورماتورها نمی توانند با ولتاژ ها و جریان های DC کار کنند. از این رو در اوائل شروع صنعت برق ولتا ژها و جریا ن های AC برای گسترش شبکه برق انتخاب شدند.

توزیع انرژی الکتریکی:
هدف از تولید و انتقال انرژی الکتریکی، رساندن آن به دست مصرف کننده های الکتریکی و تبدیل آن به
انواع دیگر انرژی است. توزیع انرژی الکتریکی بین مصرف کننده ها به عهده شبکه توزیع گذاشته می شود.
این شبکه ها انرژی الکتریکی را با توجه به سطح ولتاژ مورد نیاز به دست مصر ف کننده ها می رسانند.
مصرف کننده های الکتریکی تجهیزاتی هستند که انرژی را از مدارها و سیستم های الکتریکی دریافت و به
یا به اختصار « بار الکتریکی » انواع دیگر انرژی تبدیل و یا اصطلاحا مصرف می کنند. به این مصرف کننده ها
نیز گفته می شود. ساده ترین بار الکتریکی یک مقاومت ساده است که انرژی الکتریکی را به انرژی « بار »
گرمایی تبدیل می کند. بارهای الکتریکی، بسته به ماهیت و ساختمان خود ممکن است برای کارکرد مناسب احتیاج به ولتاژ AC یا DC داشته باشند. بارهای DC بارهایی هستند که به ولتاژ DC متصل شده است و جریان DC از شبکه می کشند. تجهیزات الکترونیکی نمونه ای از بارهای DC هستند . بارهای AC را به نوبه خود م یتوان به دو دسته ت کفاز و سه فاز تقسیم کرد. بار های تک فاز بارهایی هستند که برای کار خود به ولتاژ AC تک فاز احتیاج دارند که از این موارد می توان به موتورهای تک فاز، لامپ های روشنایی و…

اشاره کرد. بارهای سه فاز معمولا مصرف کننده های بزرگی هستند که از ولتاژ سه فاز برای کار خود استفاده
می کنند. این بارها در واقع سه بار تک فاز هستند که با هم ادغام شده اند. برای اتصال این بارهای تک فاز به
یکدیگر دو روش وجود دارد که به ستاره و مثلث معروفند. در بارهای ستاره، سه انتهای بارهای تک فاز به
یکدیگر متصل شده و سه سر دیگر آن ها به ولتاژ سه فاز متصل می شود. در انواع مثلث، سه بار تک فاز
باهم تشکیل یک مثلث را می دهند که رأس های این مثلث به ولتاژ سه فاز متصل می شود. در اتصال به
روش مثلث و با فرض ولتاژ های برابر، جریان بیشتری نسبت به حالت ستاره از شبکه کشیده می شود و
درنتیجه توان منتقل شده به بارهای مثلث بیشتر از بارهای ستاره خواهد بود. به عنوان مثال در بسیاری از
موتورهای الکتریکی برای کم کردن جریان در لحظه راه اندازی، سیم پیچی های موتور را به صورت ستاره
بسته و پس از را ه اندازی موتور برای دریافت توان بیشتر، سیم پیچی ها را به وضعیت مثلث تغییر می دهند.
در صورتی که مصرف کننده های متصل به هر سه فاز از نظر توان با هم برابر نباشند، جریان عبوری از سه
فاز متفاوت بوده و این امر باعث ایجاد عدم تعادل در اندازه ولتاژ ها و یا نا متقارن شدن سه فاز می شود.

نامتقارن بودن سه فاز در بسیاری از دستگاه ها نظیر موتورهای الکتریکی مضر بوده و سبب گرم شدن آن ها
می شود.

اغلب دستگاه های AC برای کار در ولتاژ های سینوسی طراحی و ساخته شده اند و ولتاژ غیر سینوسی می تواند برای آنها مضر باشد. از جمله این دستگاهها م یتوان به دستگاه های الکترونیکی و حساس،موتورهای الکتریکی، ترانس ها و… اشاره نمود. در مصرف کننده های AC که تنها از مقاومت تشکیل شد ه اند،

مانند هیترها، تغییرات ولتاژ و جریان با هم صورت می گیرد یعنی هر دو با هم صفر یا ماکزیمم می گردند.
ولی اگر در ساختمان مصرف کننده از سلف یا خازن استفاده شده باشد، مانند موتورها و ترانس ها، این
تغییرات همزمان نبوده بلکه ممکن است تغییرات ولتاژ جلوتر یا عقب تر از تغییرات جریان صورت گیرد.
در این حالت گفته می شود که بین ولتاژ و جریان اختلاف فاز وجود دارد .

به میزان انرژی الکتریکی که در یک ثانیه توسط مصر ف کننده، مصرف می شود، توان الکتریکی گفته می شود . در سیستم های DC یعنی مدارهایی که دارای ولتاژ و جریان مستقیم هستند این توان را می توان با ضرب اندازه ولتاژ در اندازه جریان به راحتی به دست آورد. در سیستم های AC تک فاز، به حاصل ضرب مقادیر Rms ولتاژ و جریان توان ظاهری گفته می شود. این توان با میزان کار انجام شده در یک ثانیه متفاوت است. کار انجام شده در یک ثانیه را با ضرب توان ظاهری در Cos زاویه بین ولتاژ و جریان می توان به دست آورد که به صورت رابطه زیر است:

P = VICosφ

که در آن V و I  به ترتیب مقادیر Rms و جریان φ اختلاف فاز بین جریان و ولتاژ و P توان بر حسب وات است. به این توان، توان حقیقی یا اکتیو گفته می شود.در بارهای سه فاز، توان حقیقی استفاده شده برابر با مجموع توا ن های حقیقی فازهای مختلف است.

معمولا هر مصرف کننده دارای توان مشخص و نامی است که توسط سازنده تعیین می گردد. در صورتی که توان مصرفی یک مصرف کننده بیشتر از توان نامی آن باشد، اصطلاحا دچار اضافه بار یا over load می شود. در این حالت دستگاه جریانی بیشتر از جریان نامی خود از شبکه می کشد که این امر باعث گرمشدن بیش از حد آن می شود.

یکی از مهمترین شبکه های توزیع، شبکه توزیع صنعتی است. این شبکه ها وظیفه تأمین انرژی مورد نیاز
تجهیزات یک کارخانه، پالایشگاه، مجتمع های پتروشیمی و… را به عهده دارند. یک شبکه توزیع صنعتی
می تواند انرژی برق مورد نیاز خود را از شبکه سراسری، یک نیروگاه داخلی و یا هر منبع دیگر تأمین
نماید.
برخی از اجزاء یک شبکه برق صنعتی را می توان ترانسفورماتورها، کابل ها، شمش ها یا با سبارها،
سکسیونرها، دژنکتورها، موتورهای الکتریکی، ترانس های جریان، ترانس های ولتاژ، تجهیزات اندازه گیری ،تجهیزات حفاظتی و رله ها،Ups ها ، رکتیفایرها، اینورترها، سیستم های روشنایی و… نام برد که در این نرم افزار به آنها پرداخته می شود.

[/vip-members]

0
  مطالب مرتبط

افزودن نظر