اردیبهشت 1405 شبکه برق از بخشهای مختلفی مانند نیروگاه، خطوط انتقال، بخش توزیع تشکیل شده است که باید به صورت هماهنگ و دقیق عمل کنند تا توان الکتریکی با کیفیت مناسبی به مصرفکنندگان نهایی برسد. در این بین پست برق، یکی از مهمترین بخشهای فرایند تامین برق است که نقش مهمی در کنترل ولتاژ و مدیریت جریان بر عهده دارد. در این مقاله، برقتو به سراغ پستهای برق رفته است.
در ابتدای مقاله به این پرسش که «پست برق چیست؟» پاسخ میدهیم و در ادامه هم به طور کامل تجهیزات و انواع را بررسی خواهیم کرد. برای آشنایی با پستهای برق و انواع آن همراه ما باشید.
پست برق چیست؟
در مسیر انتقال برق از نیروگاه تا مصرفکننده، ایستگاههای به نام پست برق (Substation) وجود دارد که وظیفه آن کنترل و توزیع انرژی الکتریکی با ولتاژ متناسب است. به زبان ساده، برق تولید شده برای اینکه بتواند با کمترین تلفات به شهرها و صنایع کوچک و بزرگ برسد؛ باید به صورت پلهای ولتاژش تغییر کند. این تغییر ولتاژ در کنار مدیریت جریان برای توزیع بهینه انرژی الکتریکی، بر عهده پست برق است.
پستهای برق با توجه به کاربردی که دارند؛ سطح ولتاژ را از بیشتر به کمتر یا بالعکس انجام میدهند. از نیروگاه تا مصرفکننده، چند پست فشار قوی وجود دارد که به صورت پلهای ولتاژ را تغییر میدهند تا برق با کمترین تلفات و به صورت کاملا ایمن به مصرفکنندگان عمومی و صنعتی برسد. از دیگر وظایف پست برق هم میتوان به اتصال و توزیع خطوط انتقال به یکدیگر و حفاظت و کنترل شبکه اشاره کرد.
چرا ولتاژ برق در پستها تغییر میکند؟
مهمترین وظیفه پست فشار قوی، تغییر ولتاژ با استفاده از ترانسفورماتورها است. اما این سوال پیش میآید که چرا باید ولتاژ افزایش یا کاهش پیدا کند؟
در ابتدا که برق تولید میشود؛ سطح ولتاژ پایین و جریان بالا است. در چنین شرایطی اگر این انرژی با ولتاژ بسیار پایینی منتقل شود؛ جریان بسیار زیادی در خطوط انتقال جاری خواهد شد که این موضوع باعث افزایش تلفات حرارتی میشود. برای کاهش جریان خط انتقال، پستی را در کنار نیروگاه احداث میکنند تا سطح ولتاژ را افزایش دهند و جریان را کم کنند. این کار باعث میشود تا انتقال برق مقرونبهصرفهتر و از تلفات توان جلوگیری شود.
از طرف دیگر نمیتوان برق را با ولتاژ بالا به خانهها و صنایع رساند؛ چرا که خطر بالایی دارد و باعث سوختن وسایل الکتریکی میشود؛ بنابراین ولتاژ را به صورت مرحله به مرحله و در پستهای برق کاهنده و در نزدیک شهرها کاهش میدهند تا برق با ولتاژ مناسب به شبکه توزیع و مصرفکنندگان برسد.
افزایش ولتاژ در ابتدای مسیر برای انتقال مقرون به صرفهتر و کاهش پلهای ولتاژ به منظور ایمنسازی ولتاژ برای مصرف نهایی باعث شده تا پستهای برق به یکی از کلیدیترین بخشهای شبکه برق تبدیل شود.
اجزای اصلی پست برق
مجموعهای از تجهیزات الکتریکی در پستهای برق وجود دارد که در ادامه به بخشی از مهمترین آنها اشاره میکنیم.
ترانسفورماتورها
ترانسفورماتورها قلبهای اصلی پست برق هستند که وظیفه دارند ولتاژ را افزایش یا کاهش (بسته به نوع کاربرد) دهند. ترانسفورماتورها نقش اساسی در شبکه برق دارند و بدون وجود آنها نمیتوان برق مقرونبهصرفه و در عین حال ایمن به مصرفکنندگان نهایی رساند.
کلید
برای قطع و وصل جریان الکتریکی در شرایط عادی یا اضطراری به کلید قدرت نیاز است. در زمان بروز خطا مانند خطای اتصال کوتاه، این کلیدها سریعا جریان مدار را قطع میکنند تا از آسیب به تجهیزات پست جلوگیری کنند.
سکسیونر یا دیسکانکتور
سکسیونرها جزو تجهیزات ضروری پستهای فشار قوی محسوب میشوند که نوعی کلید قدرت به حساب میآیند. از این تجهیز برای ایزوله کردن بخشهایی از پست در زمان تعمیرات استفاده میشود. سکسیونرها را با توجه به نوع کاربرد میتوان با هم قطع کرد.
صاعقهگیر
عملکرد صاعقهگیر به این گونه است که صاعقه را جذب و جریان آن را از طریق مسیر امن به زمین منتقل میکند. این وسیله بیشتر جنبه حفاظت از تجهیزات پست مانند ترانسفورماتورها را دارد.
باسبار
هادی اصلی در پست برق به شمار میرود که تجهیزات مختلف به آن متصل میشوند. وظیفه اصلی باسبار این است که جریان را بین فیدرهای مختلف تقسیم کند.
برقگیر
یکی دیگر از تجهیزات حفاظتی پستهای برق، برقگیر است که از تجهیزات در برابر اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه یا کلیدزنی محافظت میکند.
رله
رلهها از جمله دستگاههای تشخیصی در پستها به شمار میروند که خطاها را شناسایی میکنند. رلهها پس از شناسایی خطاها، دستور قطع جریان را به کلیدهای قدرت ارسال میکنند.
ترانسفورماتورهای PT و CT
از ترانسفورماتورهای جریان (CT) و ولتاژ (PT) برای اندازهگیری جریان و ولتاژ و ارسال اطلاعات به سیستمهای حفاظتی و کنترلی استفاده میشود. وجود این دو تجهیز محافظتی برای عملکرد مطلوب رلهها الزامی است.
تجهیزات جانبی
برخی دیگر از تجهیزات مورد استفاده در پستهای مختلف هم سیستم باتری، UPS برای برق اضطراری و تابلوهای کنترل و حفاظت را شامل میشود.
انواع پست برق
پستهای برق بسته به نقش آنها در شبکه، ساختار فیزیکی و کاربردهای تخصصی، به دستههای مختلفی تقسیم میشوند. شناخت انواع پست برق کمک میکند جایگاه آن را در شبکه قدرت بهتر درک کنیم.
تقسیمبندی پستهای برق بر اساس کاربرد و نقش در شبکه
از مسیر تولید تا انتقال انرژی الکتریکی به مصرفکننده، پستهای برق مختلفی قرار دارد که هر کدام کاربردهای مشخصی دارند:
پست نیروگاهی (Power Plant Substation / Step-up)
این پست در کنار نیروگاه ایجاد میشود تا ولتاژ پایین خروجی ژنراتورها را به 230 یا 400 کیلوولت افزایش دهند. این پستها را میتوان در دسته پستهای انتقال هم قرار داد؛ چرا که اولین نقطه ورود برق به بخش انتقال هستند.
پستهای انتقال (Transmission Substation)
به پستهای بین راهی در مسیر انتقال برق، پست انتقال گفته میشود. این پستها بسته نوع کاربرد میتوانند افزاینده یا کاهنده ولتاژ باشند و معمولا در ولتاژهای بسیار بالا (230 تا 400 کیلوولت) فعالیت میکنند. در پستهای انتقال از مدارشکنها استفاده میشود تا در صورت نیاز به تعمیرات، مدار را از شبکه جدا کنند. سوئیچینگ توان و کنترل جریان هم بر عهده این پستها است.
پست فوق توزیع (Sub-Transmission Substation)
اولین مرکز برای کاهش ولتاژ شبکه برق، پست فوق توزیع است. این پستها با دریافت ولتاژ بالا، سطح آن را برای استفاده در شبکههای توزیع منطقهای کاهش میدهند. این پستها حلقهای بین خط انتقال و سیستم توزیع هستند که عموما در ولتاژهای 132 و 63 کیلوولت فعالیت میکنند.
پست توزیع (Distribution Substation)
حلقه آخر از انواع پست برق، پستهای توزیع تشکیل میدهند. برق قبل از رسیدن به مصرفکننده نهایی، وارد این ایستگاه میشود تا سطح ولتاژ آن برای استفاده کاهش پیدا کند. این پستها معمولا در شهرها (نزدیکترین مسیر به مصرفکنندگان) احداث میشوند تا ولتاژ دریافتی 63 کیلوولت را به 20 کیلوولت کاهش دهند.
| نوع پست | سطح ولتاژ | وظیفه | سطح ولتاژ |
| نیروگاهی | کنار نیروگاه | افزایش ولتاژ برای انتقال | 132–400 kV |
| انتقال | مسیر خطوط / نزدیک مراکز مصرف | سوئیچینگ و کنترل جریان | 230–400 kV |
| فوق توزیع | بین انتقال و توزیع | کاهش ولتاژ برای شبکه توزیع | 63–132 kV |
| توزیع | داخل / نزدیک شهرها | تامین برق مصرفکنندهها | ~20 kV |
تقسیمبندی پستهای برق بر اساس ساختار
:پستهای برق بر اساس ساختار به دو دسته هوایی و زمینی تقسیم میشوند
پست زمینی برق
پست زمینی به پستی گفته میشود که تجهیزات اصلی آن روی زمین و معمولا داخل یک محیط بسته، اتاقک یا یک ساختمان قرار میگیرید. پستهای زمینی را معمولا در مناطق شهری که معمولا محدودیت فضا و الزامات ایمنی وجود دارد؛ نصب و راهاندازی میکنند.
این پستها بیشتر در بخشهای توزیع و فوق توزیع و به منظور کاهش ولتاژ مورد استفاده قرار میگیرند. رعایت موارد ایمنی و اشغال کمتر فضا از جمله مزایای پستهای زمینی برق به شمار میرود. این پستها خود به چند دسته تقسیم میشوند که عبارتاند از:
- پست اختصاصی
- پست کیوسکی
- پست GIS
- پست زیر زمینی
- پست پاساژ
پست هوایی برق
به پستهایی گفته میشود که تجهیزات اصلی آن در فضای باز و روی سازهها و دکلهای برق نصب میشود. در این پستها، هوا نقش عایق را بازی میکند و به همین دلیل به آنها Air Insulated Substation یا به اختصار AIS گفته میشود.
پستهای هوایی بیشتر در مناطق خارج از شهر، مسیر خطوط انتقال و مکانهایی استفاده میشوند که محدودیت فضا وجود ندارد. این پستها به دلیل هزینه کمتر و دسترسی آسانتر به تجهیزات، رایجترین نوع پست در شبکههای انتقال و فوق توزیع هستند. البته فضای باز باعث میشود تا تحتتاثیر شرایط محیطی مانند آلودگی، بارندگی و صاعقه قرار بگیرند.
ترانسهای شهری
ترانسهای شهری بخشی از شبکه توزیع برق هستند که به آنها پستهای برق توزیع محلی میگویند. از ترانسهای شهری برای کاهش ولتاژ از ۲۰ کیلو ولت به ۴۰۰ ولت استفاده میشود. این ترانسها در حلقه آخر برقرسانی به مصرفکنندگان قرار دارند.
ترانسهای شهری بسته به محل نصب میتوانند به دو شکل اجرا شوند. در برخی مناطق به صورت پست هوایی توزیع روی پایهها و تیرهای برق نصب میشوند و در مناطق شهری پرتراکم نیز معمولاً به صورت پست زمینی کیوسکی یا کمپکت در داخل محفظههای بسته قرار میگیرند؛ بنابراین، ترانسهای شهری در مقیاس کوچکتر، همان نقش پست برق را در سطح توزیع ایفا میکنند.
تقسیمبندی پستهای برق بر اساس کاربردهای خاص
در شبکه برق، پستهای برق دیگری هم وجود دارد که برای کاربردهای ویژه و خاص طراحی شدهاند. این پستها معمولا برای شرایط خاص شبکه، صنایع بزرگ و کوچک و …. مورد استفاده قرار میگیرند. در ادامه به برخی از این پستهای برق اشاره کردهایم.
پست سوئیچینگ (Switching Substation)
در این پست، خبری از ترانسفورماتور قدرت برای تغییر سطح ولتاژ نیست و هدف اصلی آن قطع و وصل خطوط انتقال و تغییر مسیر جریان برق است. همچنین، پستهای سوئیچینگ ضریب اطمینان شبکه را افزایش میدهند و به پایدار ماندن سیستم کمک میکنند. معمولا از این پستها در مسیر انتقال برق فشار قوی استفاده میشود.
پست کلکتور (Collector Substation)
وظیفه پست کلکتور این است که توان را از نیروگاههای تجدیدپذیر مانند نیروگاه خورشیدی و بادی جمعآوری کرده و به شبکه تحویل دهد. به بیان سادهتر، این پست را به منظور انتقال برق از نیروگاههای تجدیدپذیر، طراحی و راهاندازی میکنند.
پست کششی (Traction Substation)
از پست کششی برای تامین برق سیستمهای حمل و نقل ریلی مانند مترو استفاده میشود. این پستها سطح ولتاژ دریافتی را به سطح مناسب برای تجهیزات سنگین صنعتی تبدیل میکنند. پستهای کششی به سیستمهای حفاظتی و کنترلی پیشرفتهای مجهز هستند.
پست مبدل (Converter Substation)
وظیفه پستهای مبدل که به آنها HVDC نیز میگویند، این است که جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) یا بالعکس تبدیل کنند. استفاده از HVDC برای انتقال توان در مسافتهای طولانی و اتصال شبکههای بزرگ بسیار مهم است.
جمعبندی؛ چرا پستهای برق برای پایداری شبکه اهمیت دارد؟
پستهای برق، یکی از کلیدیترین بخشهای شبکه قدرت است که نقشی فراتر از افزایش یا کاهش سطح ولتاژ را بر عهده دارند. این مراکز به عنوان نقاط کلیدی در مسیر انتقال و توزیع انرژی، امکان کنترل جریان توان، مدیریت شبکه و حفاظت از تجهیزات را فراهم میکنند.
بدون وجود پستها، انتقال انرژی در فواصل طولانی با تلفات بالا همراه میشد و تامین برق پایدار برای شهرها، صنایع و زیرساختهای حیاتی امکانپذیر نبود. به همین دلیل، پستهای برق قلب تپنده شبکه قدرت هستند که عملکرد صحیح آنها تضمینکننده امنیت و استمرار تامین انرژی الکتریکی در هر کشوری خواهد بود.
سوالات متداول
پست برق یکی از اجزای اصلی شبکه قدرت است که مهمترین وظیفه آن تغییر ولتاژ و مدیریت جریان بین فیدرهای مختلف است.
در پستهای برق اجزای مختلفی وجود دارد که مهمترین آنها، ترانسفورماتور است. ترانسفورماتورها که ولتاژ را تغییر میدهند؛ به عنوان قلب تپنده این ایستگاهها به شمار میروند.
تغییر ولتاژ در پستهای برق برای کاهش تلفات انرژی در خطوط انتقال و تامین برق با سطح ولتاژ مناسب برای مصرفکنندگان انجام میشود. انتقال برق در ولتاژ بالا باعث کاهش جریان و افزایش بهرهوری شبکه میشود.
