این نوشتار عهده دار معرفی ادوات جدید سیستم های مدرن انتقال انرژی می‌باشد که تحول زیادی را در بهره‌برداری و کنترل سیستمهای قدرت ایجاد خواهد کرد. 

با رشد روز افزون مصرف،سیستمهای انتقال انرژی با بحران محدودیت انتقال توان مواجه هستند.این محدودیتها عملاً بخاطر حفظ پایداری و تامین سطح مجاز ولتاژ بوجود می‌آیند.بنابراین ظرفیت بهره‌برداری عملی خطوط انتقال بسیار کمتر از ظرفیت واقعی خطوط که همان حد حرارتی آنهاست ، می‌باشد.این امر موجب عدم بهره برداری بهینه از سیستم‌های انتقال انرژی خواهد شد.یکی از راههای افزایش ظرفیت انتقال توان‌،‌احداث خطوط جدید است که این امر هم چندان ساده نیست ومشکلات فراوانی را به همراه دارد.

با پیشرفت صنعت نیمه هادیها و استفاده آنها در سیستم قدرت،مفهوم سیستم های انتقال انرژی انعطاف‌پذیر(FACTS) مطرح شد که بدون احداث خطوط جدید بتوان از ظرفیت واقعی سیستم انتقال استفاده کرد.

پیشرفت اخیر صنعت الکترونیک در طراحی کلیدهای نیمه هادی با قابلیت خاموش شدن و استفاده از آن در مبدل های منبع ولتاژ در سطح توان و ولتاژ سیستم قدرت علاوه بر معرفی ادوات جدیدتر،تحولی در مفهوم FACTS بوجود آورد و سیستمهای انتقال انرژی را بسیار کارآمدتر و موثرتر خواهد کرد . 

برای درک بهتر و شناساندن مشخصات برجسته این ادوات درقدم اول لازم است مشکلات موجود سیستم های انتقال انرژی شناسائی شوند.آنگاه راه حل های کلاسیک برای رفع آنها بیان می شوند.مبدل‌های منبع ولتاژ،که ساختار کلیه ادوات جدید FACTS بر آن استوار است در بخش بعدی مورد بحث قرار 

می گردد و در خاتمه نسل جدید ادوات FACTS معرفی می شوند . 

به علت ساختار شبكه هاي توزيع، گستردگي و در معرض عوامل محيطي بودن آنها بسياري از خاموشيهاي اعمال شده به مشتركين ناشي از حوادث اين شبكه هامي باشد.

روش عيب يابي فعلي در شبكه هاي توزيع به علت عدم وجود تجهيزات حفاظتي و مانيتورينگ مناسب و نيز نبودن امكان كنترل از راه دور زمانبر بوده و بصورت سعي و خطا مي باشد.اين مسئله باعث برخي آسيبهاي احتمالي به تجهيزات شبكه و مشتركين نيز مي گردد.

افزايش اطلاعات از وقايع سيستم اتوماسيون شبكه هاي توزيع در سالهاي اخير مورد توجه قرار گرفته است كه با اجراي آن اطلاعاتي نظير عملكرد تجهيزات حفاظتي، وضعيت كليدها و مقادير ولتاژ و جريان در مركز قابل مشاهده بوده و امكان ارسال فرمان براي تجهيزات وجود دارد.

در اين پروژه سعي شده است معرفي جامعي از سيستمهاي اتوماسيون ومانيتورينگ پست ارائه گردد.

در فصل دوم از پروژه به شرح كلي سيستمهاي اتوماسيون پست(SAS) پرداخته شده است و همچنين انواع سيستمهاي پست همراه با مزاياي آنها نيز بيان شده است.

در فصل سوم، پيشرفته ترين سيستم اتوماسيون پست(SAS570) بطور كامل شرح داده شده است و به توزيع مواردي از قبيل خصوصيات، طراحي تجهيزات و وظايف اين سيستم پرداخته شده است.

اجزاي سيستم اتوماسيون پست بسيار زياد وگسترده است و صحبت در مورد تمامي آنها نياز به تاليف چندين كتاب دارد ولي بطور خلاصه چند جزء مهم سيستم اتوماسيون پست در فصل چهارم آورده شده است.

در فصل پنجم به شرح كاملي از سيستم مانيتورينگ پست(530 SMS) پرداخته شده است.

اميد است اين پروژه بتواند ديد جديدي نسبت به تكنولوژي پيشرفته اتوماسيون و مانيتورينگ به شما ارائه كند.

موتورهاي Dc بدون جاروبک(BLDC)

در اين بخش در مورد ويژگي‌ها، انواع و اساس عملکرد موتورهاي DC بدون جاروبک مغناطيس دائم (PM BLDC) بحث مي‌گردد.

1- تعريف موتور BLDC

موتور BLDC در مراجع مختلف داراي تعاريف متفاوتي مي‌باشد. استاندارد انجمن ملي سازندگان تجهيزات الکتريکي (NEMA)ف موتور BLDC را اين‌گونه تعريف مي‌نمايد:

يک موتور بدون جاروبک، ماشين دوار خود سنکروني است که داراي روتور مغناطيس دائم بوده و از موقعيت‌هاي مشخصي از شافت دوار روتور، جهت کموتاسيون الکترونيکي استفاده مي‌شود. اين موتور مي‌تواند همراه با درايوهاي الکترونيکي مربوطه به‌صورت مجتمع باشد يا اين‌که موتور از درايو مربوطه جدا باشد.

KUSKO نيز تعريف زير را بيان مي‌کند[12]: 

يک موتور که داراي سيم‌پيچي استاتور بوده و يک موتورم مغناطيس دائم برجسته از جنس آهن نرم دارد. سيم‌پيچ‌هاي استاتور از يک منبع تغذيه اوليه DC و به توسط يک ماتريس از سوئيچ‌هاي حالت جامد تغذيه گشته و عمل کنترل با استفاده اط سنسورهاي وضعيت و با منطقي مشخص انجام مي‌شود.در غياب يک ريگلاتور، سرعت موتور متناسب با ولتاژ DC اوليه مي‌باشد.

موتور BLDC اساساً داراي ساختاري مشابه يک مغناطيس دوار همراه با يک مجموعه از هادي‌هاي حامل جريان مي‌باشد. از اين‌نظر، مشابه با يک موتور کموتاتور DC معکوس شده نيز مي‌باشد که مغناهطيس مي‌چرخد اما هادي‌هاي جريان، ايستان باقي مي‌مانند. در هر دو حالت، براي ثابت‌ماندن جهت گشتاور در يک جهت، جريان در هادي‌ها مي‌بايست در هر زمان که يک قطب مغناطيسي از روبروي آن عبور مي‌کند، پلاريته‌اش نيز معکوس شود. در يک موتور کموتاتور DC، معکوس شدن پلاريته با کموتاتور و جاروبک‌ها انجام مي‌شود. چون کموتاتور نسبت به روتور ثابت مي‌باشد، لحظات سوئيچ زني به‌طور اتوماتيکن با تغيير پلاريته ميدان مغناطيسي هادي‌ها سنکرون مي‌گردد. در يک موتور BLDCف معکوس شدن پلاريته با کليد‌زني ادوات الکترونيک قدرت انجام مي‌گردد. پروسه‌ کموتاسيون در هر دو نوع ماشين، شبيه به هم بوده و سنکرون با وضعيت روتور مي‌باشد و لذا معادلات ديناميکي مربوطه و مشخصه‌هاي سرعت-گشتاور آن‌ها يکسان مي‌باشند.

در صنایع، یکی از مهمترین موضوعات برای افزایش محصول، کاهش هزینه تولید و بالا بردن راندمان و بهره وری، بهبود و توسعه روش های جابجایی و انتقال مواد در کارگاه ها و کارخانه ها می باشد. در میان سیستمهای جابجایی و انتقال مواد، جرثقیل ها نقشی اساسی و استراتژیک را بازی می کنند.

انتخاب یک جرثقیل متناسب با شرایط کاری، علاوه بر اینکه باعث تسریع امور، افزایش بهره وری و صرفه جویی در هزینه ها می شود می تواند ایمنی در کارگاه را نیز تامین کند. از سوی دیگر، خرید جرثقیلی که کارایی آن بیش از نیاز کارگاه صنعتی باشد موجب اتلاف سرمایه خواهد بود. همین امر به روشنی بیان می دارد مشاوره، طراحی و ساخت جرثقیل متناسب با کار از چه اهمیتی برخوردار است.

هنگام طراحی جرثقیل، نکات زیر باید مدنظر قرار گیرند:

1-نوع جرثقیل و طرز عملکرد آن (جرثقیل سقفی، دروازه ای، بازویی و ...)

2- تعداد و دفعات بارگیری

3- حداکثر وزن جابجا شده

4- شرایط کاری و پیش بینی مدت زمان عمر جرثقیل

5- حالت های اعمال بار، ابعاد کالای قابل جابجایی

6- شرایط محیطی و شرایط ویژه (دهانه جرثقیل، ارتفاع بالابری، طول مسیر و ...)

علت انتخاب موضوع پروژه خود به اين نام اين بوده است كه به علت زياد بود انواع كابلها در سطح شهرهاي مختلف و رعايت نشدن بعضي از استاندارد هاي فواصل در طول اين كابل ها و بروز حوادث مختلف( از قبيل پاره شدن خطوط و اختشاش در فازها به علت وجود ميدانهاي اضافي در يك فاز كه در فصل هاي بعد به آن خواهيم پرداخت  )  به علت رعايت نكردن اين استاندارد ها اينجانب را به آن داشت كه با تحقيق و جستجو در كتابها و سايتهاي مختلف تا بتوانم پروژه خود را به پايان برسانم که اين مطلب را به عنوان هدف اين پروژه انتخاب کرده ام.

چشم انداز کلي اين پروژه :

قابل ذکر است که در اين پروژه دو استاندارد کلي به کار برده شده ، اولين استاندارد مربوط به استاندارد بين المللي ايمني برق است با نام  NESC (National Electrical Safty Code) که به ايمني برق و همچنين به فواصل استاندارد الکتريکي در شهرها و روستا ها مي پردازد و استاندارد دومي بيشتر استاندارد بين المللي مهندسي با نام IEC (International Electrotechnical commission که استاندارد هاي مهندسي برق بوده و براي افزايش بازدهي در خط مهم مي باشد .  البته استاندارد IEEE هم يک استاندارد بين المللي بوده و مخفف Institute Of Electrical And Electronical Engineering , Inc  است که در برخي موارد در متن از آن استاندارد هم غافل نبوده ايم . 

فصل آخر اين کتاب به نرم افزار PLS_CADD و PLS_CADD/LITE اختصاص داده شده است که بيشتر به استاندارد هاي موجود در خط با انواع استاندارد هاي IEC , IEEE مي باشد .

با توجه به افزايش مصرف, توليد انرژي الكتريكي بايستي در ارتباط كامل با نحوه توزيع و پخش انرژي آن باشد. در مراكز شهري چگالي انرژي موجب گشته تا با توجه به كمبود فضا و ايمني لازم در سيستم, بكار گيري پستهاي GIS   در مقايسه با انواع ديگر پستها در كشور ما مورد بررسي و توجه قرار گيرد كه اين اهميت چه از نظر فني و چه از نظر اقتصادي و با توجه به روند تكنولوژي در آينده مورد توجه ما مي باشد و همچنين انرژي مورد نياز انواع مختلف مصرف كننده ها در هر موقعيت و به هر ميزان, تنها از طريق شبكه هايي امكان پذير است كه كليه مراكز مصرف و توليدشان با يكديگر در ارتباط كامل و به هم پيوسته باشد. با احداث شبكه هاي سراسري كه ظرفيت مناسب و كافي دارند, مي توانيم يك تبادل انرژي بين مراكز مصرف كننده ها و توليد كنندگان داشته باشيم. كه جهت اين تبادل انرژي نياز به افزايش ولتاژ و سپس كاهش آن مي باشد كه در اين خصوص ايستگاههاي فشار قوي مناسب اين مشكل را بر طرف كرده و گام اساسي در جهت پيش برد اين مساله برداشته است. و با توجه به محدوديت هاي محيطي و نامناسب بودن وضعيت جوي و استراتژيكي منطقه اين امكان را به ما مي دهد كه با احداث و توسعه پست هاي فشارقوي از نوع بسته GIS اين تبادل انرژي را به نحو مطلوبي در مراكز مصرف و حوزه شهري داشته باشيم كه در اين ميان مسئله اقتصادي در اين مراكز از اهميت ويژه اي برخوردار بوده كه پستهاي سربسته GIS تا حدودي به اين مسائل جواب گو مي باشد.

اين پايان نامه شامل ده فصل, مي باشد كه در فصل اول به بررسي عايق هاي گازي SF6 كه در پستهاي سربسته گازي بيشترين كاربرد را دارد مي پردازيم. در فصل دوم به نقش و نوع پستهاي فشار قوي در شبكه هاي انتقال و پخش انرژي و همچنين سطح ولتاژهاي موجود در ايران بحث مي شود. در فصل سوم به نقش و اساس پستهاي GIS و همچنين تكنولوژي سيستمهاي GIS, مزايا و معايب پستهاي GIS در صنعت برق اشاره مي شود. سيستمهاي GIS داخلي (indoor) و بيروني (out door) و همچنين هزينه هاي مربوط به احداث آنها در فصل چهارم آورده شده است. بررسي جنبه هاي اقتصادي سيستمهاي GIS از نظر هزينه و فاكتورهاي موثر در آن و ارزيابي پروژه از لحاظ اقتصادي و نيز مقايسه سيستم هاي GIS با AIS  در فصل پنجم بحث شده است. در فصل ششم به عيب يابي و تعميرات تجهيزات پستهاي GIS پرداخته مي شود. نحوه نگهداري پستهاي GIS نيز در فصل نهم بحث شده است و فصل آخر به نتيجه گيري كلي و پيشنهادات اختصاص دارد. در ضمن نمونه اي از تجهيزات انواع پستهاي GIS در ضميمه هاي يك و دو آورده شده است.

همانطور كه مي دانيد امروزه بقاي صنعت و زندكي مدرن بدون استفاده از انرژي الكتريكي امكان پذير نيست . اين انرژي براي رسيدن به مصرف كننده از سه بخش توليد ، انتقال وتوزيع تشكيل شدهاست .

باتوجه به رشدروز افزون جمعيت و بالا رفتن فرهنگ استفاده از انرژي الكتريكي ، شبكه هاي برق رساني در چند دهه اخير رشد سريعي داشته اند كه اين رشد مستلزم رشد همزمان روشهاي مهندسي طراحي وتوسعه مي باشد ، متاسفانه در بخش توزيع به دليل طراحي هاي تلفات و افت انرژي زياد مي باشد كه سرچشمه اين مشكلات عدم وجود برنامه اي مدرن براي پيش  بيني نيازهاي آتي شبكه مي باشد .

چه بسا شبكه هايي كه بدون در نظر گرفتن پارامترهاي آينده نگري طراحي شده و با گذشت زمان و رشد بار ، كارآيي لازم را نداشته باشد و باعث ايجاد تلفات و اختلالاتي در شبكه شود براي نمونه طي برنامه اول و دوم توسعه در كشور شعار روستاهاي بي برق كشور مطرح گرديد كه علي رغم تبعات مثبت اقدام فوق در طي اين سالها كيلومترها شبكه توزيع ، بدون پيش بيني قبلي و حتي برآورد فني و اقتصادي احداث گرديد كه در دراز مدت باعث بروز مشكلاتي خواهد شد . سعي داريم در اين پروژه راهكارهاي مهندسي براي جلوگيري از اين قبيل مشكلات و بهينه كردن شبكه براي جلوگيري از اين قبيل مشكلات و بهينه كردن شبكه توزيع و فوق توزيع با استفاده ازپيش بيني هاي فني ارائه كنيم كه نتيجه آن كاهش تلفات و صرفه جوئي قابل توجهي خواهد بود .

در شبكه هاي برق رساني درصد قابل توجهي از توان و انرژي توليدي نيروگاه ها در مسير توليد تا مصرف به هدر مي روند ، كه مقدار اين تلفات به پارامترهاي متعددي از جمله بافت شبكه، نوع تجهيزات ، چگالي بار ، نوع مصرف و سهم هر يك در كل ، شكل منحني مصرف و شرايط آب و هوائي منطقه وابسته مي باشد . تنوع و تعدد عوامل موثر در مقدار تلفات سبب مي شود كه مقدار آن حتي در دو شبكه به ظاهر مشابه و با پيك مصرف يكسان ، متفاوت باشد ..

در تجزيه و تحليل تلفات ، دوعامل اصلي آن يعني تلفات توان و تلفات انرژي بايد مشتركاً مورد بررسي قرار گيرند چون مقدار تلفات توان در ساعات پيك هر شبكه به طور مستقيم در تعيين ظرفيت مفيد نيروگاهها موثر مي باشد ، كه اين مطلب نشانگر اهميت بيشتر تلفات توان در مقايسه با تلفات انرژي مي باشد . گر چه امكان محاسبه يا تخمين ماكزيمم تلفات توان بخشي از شبكه در ساعات پيك شبكه سراسري تا حدودي امكان پذير مي باشد . اما محاسبه و اندازه گيري آن براي كل مسير توليد تا مصرف كاري دشوار و در برخي موارد غير عملي است . يكي از دلايل مهم اين پيچيدگي ، وجود عوامل ناشناخته و غير قابل اندازه گيري در بين اجزاء تلفات مي باشد ، كه به همين دليل در گزارشات آماري تنها به تلفات انرژي شبكه ها اشاره مي گردد . از آنجا كه تلفات توان تابعي از تغييرات مصرف لذا مقدار آن در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت مي باشد و به همين دليل در برخي از ساعات روز مقدار آن زياد و در ساعات ديگر كم مي باشد . در يك دوره مشخص ، تلفات انرژي از مجموع تلفات لحظه اي توان به دست مي آيد . به همين دليل درصد تلفات انرژي مبين متوسط تلفات توان در دوره مورد مطالعه مي باشد ، يا به عبارت ديگر درصد تلفات در ساعات پيك به مراتب بيشتر از درصد متوسط تلفات انرژي مي باشد . به عنوان مثال متوسط ساليانه تلفات انرژي شبكه سراسري برق با احتساب مصارف داخلي نيروگاه ها چيزي در حدود 20 درصد مي باشد . اما بررسي هاي انجام شده نشان مي دهد مقدار تلفات در ساعات پيك حدود سي درصد مي باشد [13 و 49 ] به عبارت ديگر در ساعات پيك حدود سي درصد از ظرفيت نيروگاه ها به شكل هاي مختلفي در اجزاء شبكه به هدر مي رود .

در شبکه ، توان غیر مؤثر که در غاصر غیر فعال تطیر مقاومتهای سلفی و خازنی توان غیر مؤثر ظاهر می شود و شبکه رفت و بر گشت می کند و کاری انجام نمی دهد . در شبکه های الکتریکی به هنگام بهره گیری از خاص سلفی و خازنی در ایجاد میدانهای مغناطیسی و الکتریکی توان غیر مؤثر در شبکه ها ظاهر می شود . این امر موجب می شود که مولد 4 نتوانند در جریان نامی ، توان مفید کامل به شبکه تحویل دهند.

یک مدارالقایی توان اکتیو جذب می کند و مدارهای مغناطیسی تحریک شده بوسیله جریان متناوب توان راکتیو با شبکه رد وبدل می کنند . بنابر این از این جهت که توان راکتیو برای تولید فشار مغناطیسی لازم است مورد توجه قرار میگیرد. از طرف دیگر در مدار های ظرفیتی جریان از ولتاژ جلو افتاده و تولید توان راکتیو می نمایند . در شبکه های قدرت برای تولید توان راکتیو مکرراً از خازن استفاده میشود.

سلف با تغییرات آنی جریان و ولتاژ مخالفت می کند . سلف انرژی الکتریکی را بصورت میدان مغناطیسی در خود ذخیره و به مدار باز بر می گرداند.

توان مصرفی در خازن و سلف صفر است به همین دلیل اگر توان راکتیو در شبکه سلفی بوده از خازن برای پایین آوردن توان راکتیو استفاده می کنند و بلعکس

Pf  جديد ترين ماشين سنكرون فشار قوي است كه بدون نياز به كليد ژنراتور  (Generator C.B) ، ترانسفورماتور افزاينده و تجهيزات جانبي آن ، توان الكتريكي را مستقيماٌ به شبكه انتقال ، تحويل  مي دهد . Pf يك ژنراتور AC سه فاز با يك روتور معمولي است . تفاوت قابل مقايسه آن با ژنراتور هاي معمولي در طرز قرار گرفتن سيم پيچ هاي استاتور مي باشد ايده جديد بكار گرفته شده ، استفاده از كابل به عنوان سيم پيچ استاتور مي باشد . توليد توان در سطوح مختلف ولتاژهاي شبكه انتقال ، توسط اين ماشين ، مديون پيشرفت در فناوري و ساخت كابلهايي مي باشد كه جايگزين شينه بندي در استاتور ژنراتورهاي متعارف شده است . 

Pf  بعنوان مولد در ژنراتورهاي آبي ( هيدروژنراتورها ) و همچنين نيروگاههاي حرارتي  ( توربوژنراتورها ) مي تواند مورد استفاده قرار گيرد . در شكل (1) برش عرضي يك توربو پاورفورمر نشان داده شده است . 

Pf در مقايسه با ژنراتورهاي معمولي در ولتاژ بالا و جريان پايين كار مي كند به عبارت ديگر اساس كار پاورفورمر بر مبناي افزايش ولتاژ و كاهش جريان مي باشد . 

ماكزيمم ولتاژ خروجي اين ژنراتور با تكنولوژي كابل محدود مي گردد كه در حال حاضر با توجه به تكنولوژي بالاي ساخت كابلها ، مي توان ولتاژ آنرا تا سطح KV400 طراحي نمود . هادي استفاده شده در Pf بصورت دوار است در حاليكه در ژنراتورهاي معمولي اين هادي بصورت مستطيلي مي باشد . در نتيجه ميدان الكتريكي در Pf يكنواخت تر خواهد بود . ابعاد سيم پيچ بر اساس ولتاژ سيستم و ماكزيمم قدرت ژنراتور تعيين مي گردد. در Pf لايه خارجي كابل در تمام طول كابل زمين مي گردد . اين امر موجب مي شود كه ميدان الكتريكي در طول كابل محدود گردد و ديگر مانند ژنراتورهاي معمولي ، نياز به كنترل ميدان در ناحيه انتهايي سيم پيچ نباشد . مزاياي زمين كردن كابل سيم پيچ استاتور،اين است كه ديگر خطر كرنا  يا تخليه جزئي  در هيچ ناحيه اي از سيم پيچ وجود ندارد و همچنين ايمني افراد بهره بردار و يا تعمير كار افزايش مي يابد. سر بنديها و اتصالات معمولاً در فضاي خالي مورد دسترس در محل انجام مي گيرد. بنابراين محل اين اتصالات در يك نيروگاه نسبت به نيروگاه ديگر متفاوت  مي باشد. اما در هر حال اين اتصالات در خارج از هسته استاتور مي باشد. براي مثال اتصالات و سربندي ها ممكن است زير ژنراتور و يا خارج از قاب استاتور انجام گيرد. بدين ترتيب اتصالات و سر بندي ها ، مشكلات ناشي از ارتعاشات و لرزشهاي بوجود آمده در ماشينهاي معمولي را نخواهند داشت.

تفاوت مهم پاورفورمر و ژنراتور هاي معمولي اين است كه پاورفورمر مي تواند مستقيماً به شبكه قدرت متصل شود . اين طراحي باعث حذف مدار بريكر ژنراتور، شين جريان بالا و ترانسفورماتور افزاينده نيروگاه مي شود چرا كه پاورفورمر عمل ژنراتور و ترانسفورماتور افزاينده را با هم در خود دارد (شكل (2) را ببينيد).