دی 1404 برق تولیدی نیروگاهها با عبور از کابلهای بزرگ و پستهای فشار قوی، وارد آخرین مرحله پیش از مصرف میشود؛ مرحلهای که سیستم توزیع برق نام دارد. این بخش مستقیم با مصرفکنندگان در ارتباط است و به همین دلیل گستردگی و حساسیت بالایی دارد. کوچکترین خطا در این شبکه میتواند تامین برق همه را با اختلال مواجه کند.
در این مقاله از برقتو، به سراغ آخرین حلقه شبکه قدرت یعنی سیستم توزیع نیروی برق رفتهایم؛ ساختار و انواع آن را به طور کامل بررسی کردهایم. برای آشنایی بیشتر با نحوه برقرسانی به مصرفکنندهها همراه ما باشید.
سیستم توزیع نیروی برق چیست؟
سیستم توزیع نیروی برق، آخرین حلقه شبکه قدرت است که به صورت زیر میتوان آن را تعریف کرد:
مهمترین دلیل ناترازی سالهای اخیر هم به مصرف بالای این سیستم برمیگردد؛ چرا که برق در نیروگاهها تولید میشود اما مصرف بالا در بخش توزیع باعث شده تا عدم تعادل تراز برق کشور به رقمی نزدیک به 20 هزار مگاوات برسد.
متولی عملکرد برق رسانی در سمت مصرفکنندگان، بر عهده شرکتهای توزیع است. این شرکت در هر منطقه، جز به جز سیستم توزیع برق را زیر نظر دارد تا عملکرد آن بدون برنامهریزی قبلی دچار خرابی یا اختلال نشود.
ساختار و اجزای سیستم توزیع برق
مسیر سیستم توزیع از پستهای 20 کیلوولت آغاز شده تا به کنتورها برسد. در این مسیر، مجموعهای از تجهیزات وجود دارد که هرکدام وظایف خاصی را بر عهده دارند که مهمترین آنها عبارتاند از:
- کابلها: جریان الکتریکی از طریق کابلهای هوایی یا زمینی به مصرفکننده میرسد.
- پایهها: همان تیرهای برق هستند که کابلهای هوایی روی آنها نصب میشوند.
- ترانسفورماتورهای توزیع: مهمترین تجهیز سیستم توزیع است که برق 20 کیلوولت را برای مصرف نهایی به 400 ولت کاهش میدهد.
- مقرهها: قطعات نارسانا که کابل را به تیرهای برق وصل میکند و مانع از برقدار شدن بدنه میشوند.
- کلیدها: برای محافظت از تجهیزات و هدایت جریان از کلیدهای توزیع استفاده میکنند.
- برقگیر: برقگیر با جلوگیری از ورود موجهای ولتاژ به ایستگاههای توزیع، آنها را به زمین هدایت و به حفاظت از تجهیزات کمک میکند.
- مدارشکن (بریکر): برای قطع وصل اتوماتیک مدار در برابر آسیبهای مانند اضافه جریان، اضافه بار و خطای اتصال کوتاه مورد استفاده قرار میگیرد.
حساسیت سیستم توزیع
حلقه آخر زنجیره تامین برق به طور مستیقم با مصرف کننده در ارتباط است و هر گونه خطا یا نوسان کوچک میتواند زندگی روزمره، فعالیت واحدهای صنعتی و کارگاههای تولیدی را مختل کند. همچنین، گستردگی جغرافیایی و تنوع بالای بارهای مصرفی باعث شده تا این سیستم نسبت به شرایط جوی، محیطی و تغییرات بار نیز حساسیت بالایی داشته باشد. به طور کلی، پایداری این بخش در مقایسه با شبکه انتقال کمتر است و هر خطای ساده میتواند خاموشیهای گستردهای را ایجاد کند.
حساس بودن سیستم توزیع برق در کنار خاموشیهای ناشی از ناترازی برق، باعث شده تا بسیاری از صنایع به دنبال تامین انرژی خود خارج از سیستم توزیع باشند. بسیاری از صنایع برای این کار به احداث نیروگاه تجدیدپذیر روی آوردهاند تا با اطمینان بیشتری به فعالیت خود ادامه دهند.
انواع سیستم توزیع برق
سیستم توزیع شبکه برق را با توجه به نوع اتصال میتوان به سه دسته تقسیم کرد:
- سیستم شعاعی
- سیستم حلقوی
- سیستم مش
سیستمهای نام برده شده از نظر اتصال با یکدیگر متفاوت هستند و هرکدام مزایا و معایب خود را دارند.
سیستم شعاعی
سیستم شعاعی (Radial System) ساختار سادهای دارد و در مقایسه با سایر سیستمها رایجتر است. در این سیستم، توان الکتریکی فقط با عبور از یک مسیر به مصرف کننده میرسد. در سیستم شعاعی توزیع، خط از فیدر اصلی شروع و به صورت خطی به مصرفکنندگان نهایی ختم میشود.
در این سیستم خبری از حلقه یا مش برای عبور توان الکتریکی نیست. اگرچه این شبکه را میتوان با هزینهای کم راهاندازی کرد؛ اما قابلیت اطمینان پایینی دارد و قطع هر خط میتواند منجر به خاموشی بخش زیادی از مشترکان شود.
سیستم حلقوی
سیستم حلقوی (Ring System) به صورت حلقهای اجرا میشود تا امکان انتقال توان الکتریکی از دو مسیر برای مصرفکنندگان فراهم باشد. این سیستم نسبت به سیستم شعاعی قابلیت اطمینان بیشتری دارد و هر توزیع کننده از طریق دو فیدر تغذیه میشود. حلقوی بودن سیستم کمک میکند تا حتی با وجود خطا یا انجام تعمیرات روی یک فیدر، تامین برق مصرفکنندگان بدون هیچ خطایی ادامه یابد.
هزینه عملیاتی کردن سیستم حلقوی نسبت به شعاعی بیشتر است و برای طراحی آن باید بودجه بیشتری را در نظر گرفت. علاوه بر این، برای راهاندازی این شبکه به طراحی حفاظت پیچیدهتری هم نیاز است.
سیستم مش
حرفهایترین و در عین حال پایدارترین ساختار توزیع برق، سیستم مش (Mesh System) است که هر مصرفکننده همزمان از چند مسیر تغذیه میشوند. توپولوژی این سیستم کمک میکند توانهای الکتریکی با دقت بالاتری تقسیم شود؛ علاوه بر این، در شبکه مش شاهد پروفایل ولتاژ نسبتا متعادلتری هستیم.
سیستم مش معایبی هم دارد که از جمله آنها میتوان به هزینه راهاندازی زیاد، هزینه بالای تعمیرات و حفاظت پیچیدهتر نسبت به دو شبکه شعاعی و حلقوی اشاره کرد.
تلفات شبکه توزیع
یکی از مواردی که به ناترازیهای برق در سالهای اخیر دامن زده، تلفات شبکه توزیع است. بیشترین تلفات شبکه برق، مربوط به همین حلقه آخر از زنجیره است که بر اساس آمارهای رسمی در ایران، حدود 10 درصد برآورد میشود. این تلفات به عوامل متعددی بستگی دارد که در ادامه به آنها اشاره میکنیم.
افت ولتاژ
توان تلفات رابطه مستقیمی با جریان عبوری دارد و هرچه جریان بیشتر شود؛ تلفات هم افزایش پیدا خواهد کرد. اکنون با افت ولتاژ در سیستم توزیع، جریان عبوری از کابلها افزایش پیدا میکند و در نتیجه تلفات برق هم بیشتر خواهد شد.
گستردگی شبکه توزیع
شبکه توزیع برق به دلیل وجود مصرفکنندههای مختلف، گستردگی زیادی دارد. این گستردگی باعث شده تا مقدار هادی به کار رفته افزایش پیدا کند و مقاومت کل شبکه بالا باشد. بیشتر شدن مقاومت هم منجر به بالا رفتن توان تلفات سیستم میشود.
فرسودگی تجهیزات و کابلها
فرسودگی تجهیزات و کابلها هم نقش موثری در بالا رفتن هدررفت برق در بخش توزیع دارد. یکی از اقدامات موثر شرکت توزیع برای کاهش این هدررفت، تعویض به موقع کابلها و تجهیزات فرسوده است.
پایین بودن ضریب قدرت
یکی از دلایل فنی تلفات در بخش توزیع، پایین بودن ضریب قدرت است. بیشتر بارهای مصرفی دارای موتورهای القایی (مانند موتورهای کولر) هستند که میتواند ضریب قدرت را کاهش دهد. معمولا شرکت توزیع با خازنگذاری در برخی از مسیرها، به دنبال اصلاح این ضریب است.
یکی دیگر از طرحهایی موثر در اصلاح ضریب قدرت و کاهش تلفات، تعویض موتور کولرهای آبی است. وزارت نیرو با همکاری مجموعههای مانند برقتو در تلاش است تا در طرح تعویض موتور کولر، موتورهای القایی پرمصرف گذشته را با موتورهای BLDC جایگزین کند. با ثبت نام در این طرح و بارگذاری مدارک، متخصصان برقتو بسته جدید موتورهای قدیمی را با موتورهای جدید جایگزین میکنند.
نامتعادلی بار
یکی دیگر از عوامل تلفات شبکه توزیع، به نامتعادل بودن بار برمیگردد. در این نامتعادلی، جریان شبکه نول افزایش پیدا میکند و در ادامه ولتاژ نول نسبت به زمین بالا میرود؛ در نتیجه، این امر باعث افت ولتاژ در کل شبکه توزیع خواهد شد.
سخن پایانی؛ آینده شبکه توزیع برق
هوشمندسازی، کلیدواژهای است که به زودی با شبکه توزیع برق گره خواهد خورد. ساختار سنتی این شبکه در حال تغییر است و به سوی شبکهای هوشمند حرکت میکند. در این مسیر، تلفات برق کاهش یافته و مدیریت مصرف به شکل بهینهتر انجام میشود. به گفته مدیران توانیر، از سال گذشته هوش مصنوعی وارد سامانههای مدیریت شبکه شده و انتظار میرود پایدارتر و قابل اعتمادتر از گذشته باشد. آینده شبکه توزیع، شبکهای هوشمند و کمهدررفت است که زندگی ما و صنایع را با برق پایدار و بهینه تضمین میکند.
برقتو یکی از بازیگران اصلی صنعت برق، با ارائه خدمت تامین برق بدون خاموشی به صنایع و کارگاههای تولیدی کمک میکند تا در ناترازیهای سالهای اخیر و خاموشیهای پی در پی برق داشته باشند. یکی از مزایای خدمت مذکور این است که در ساعات اوج بار هم میتوان برق داشت و به فعالیتهای خود داد.
