پستهای فشار قوی

[فروتن 25]

به نام خدا

پستهای فشار قوی

 

مقدمه :

با رشد روز افزون حمعیت ، بزرگ شدن شهرها، افزایش مصرف سرانه انرژی الکتریکی و وابستگی کلیه فعالیتهای اجتماعی اعم از صنعتی ، کشاورزی ، اقتصادی و خدماتی به انرژی الکتریکی لزوم تامین این انرژی بصورت گسترده و در مقیاس بالا بنحو مطلوب اجتناب ناپذیر می باشد .

بدیهی است که تامین این انرژی با مقیاس وکیفیت فوق از طریق نیروگاه های محلی و کوچک نه تنها اقتصادی نبوده بلکه در اکثر موارد از نقطه نظرهای مختلفی غیر عملی نیز می باشد . از طرف دیگر احداث نیروگاه های بزرگ امروزه در نقاط خاصی قابل توجیه بوده که عمدتاً از مراکز مصرف دور بوده و بنابراین لازم است تولیدشان از طریق خطوط انتقال که بنحو مناسبی به یکدیگر ارتباط می یابند و تشکیل شبکه الکتریکی را میدهند به مراکز مصرف هدایت گردند .

برای انتقال قدرت های زیاد و در فواصل طولانی بمنظور کاهش تلفات لازم است ولتاژ تولیدی نیروگاه افزایش یافته و سپس در نقاط مصرف طی مراحلی بنحوی کاهش داده شود که قابل استفاده برای مصرف کننده باشد .

برای تبدیل این ولتاژ و همچنین بمنظور اتصال نقاط مختلف شبکه به یکدیگر بایستی ایستگاه هایی در شبکه ایجاد نمود که به پست برق معروف هستند .

انواع پستها

پستهای برق از نظر وظیفه ای که در شبکه بعهده دارند به انواع زیر تقسیم می شوند

1 – پستهای بالا برنده ولتاژ ( پست نیروگاهی )

2 – پست های توزیع

3 – پستهای کلیدی

- پست های بالا برنده ولتاژ Step up substations

ولتاژ تولیدی ژنراتور ها بعلت محدودیت هایی که در ساخت آنها وجود دارد محدود بوده و برای انتقال اقتصادی قدرتهای زیاد به فواصل طولانی لازم است که ولتاژ آنها افزایش یابد. بنابراین معمولاً در نیروگاه های بزرگ که از مراکز مصرف دور می باشند ، لازم است پستهایی بمنظور تبدیل ولتاژ به ولتاژ بالاتر ( که مقدار آن بستگی به فاصله و قدرت انتقالی دارد) احداث گردند که باین پستها که وظیفه افزایش ولتاژ تولیدی دارند پستهای بالابرنده ولتاز می گویند .

 

• پست های توزیع Distribution substations
  

ولتاژ انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کنندگان بایستی در حد مطلوب کاهش داده شود تا بتواند قابل مصرف باشد ، این کاهش ولتاژ از طریق پستهای کاهش دهنده و یا پستهای توزیع صورت میگیرد ولی باید توجه داشت که کاهش ولتاژ از مقدار خیلی زیاد به مقدار خیلی کم از طریق ایستگاههای توزیع با قدرت کم اقتصادی نمی باشد و بنابراین لازم است که این ولتاژ در چند مرحله کاهش داده شود .

- پستهای کلیدی Switching substations

این پستها در واقع هیچگونه تبدیل ولتاژی انجام نمی دهند بلکه فقط کارشان ارتباط خطوط مختلف شبکه به یکدیگر است . لازم بذکر است که ممکن است پستهایی در شبکه وجود داشته باشند که ترکیبی از هریک از پستهای فوق باشند.

پستها از نظر کلی و وضعیت فضای استقرار تجهیزات به دو صورت وجود دارند .

 

• پستهای باز ( بیرونی ) Out door
  
• پستهای بسته ( داخلی ) In door
  

 

 

کلیه پست­های فشارقوی مجهز به تجهیزات لازم و ضروری از جمله ترانسفورماتورهای قدرت ، تجهیزات قطع و وصل­کننده ( کلیدها ) ، تجهیزات اندازه­گیری ( CT & PT or CVT ) ، لاین تراپ ( تله موج ) ، برقگیرها ، جدا کننده ها ( ***یونر یا Disconnect ) شین ها ( bus bar ) و غیره می باشند. این مجموعه تجهیزات می­توانند در فضای آزاد و یا باز قرار دارند و مستقیماً در معرض تغییرات شرایط جوی غیر قابل کنترل می باشند و پستهای بسته پستهایی هستند که تمام تجهیزات فشار قوی آنها یا اکثر آنها ( معمولاً ترانسفورماتورهای قدرت در فضای آزاد نصب می شوند ) در فضای سر پوشیده نصب میگردند که این امر باعث تقسیم­بندی پست­ها به دو نوع پست­های داخلی (indoor) و پست­های خارجی (outdoor) می­شود.

 

الف) پست­های بیرونی(outdoor substations)

در این نوع پست­ها تجهیزات فشارقوی در فضای آزاد نصب می­شوند که عایق مورد استفاده هوای آزاد می­باشد. به همین علت ایزولاسیون خارجی تجهیزات فشارقوی و هادی­های تحت ولتاژ کاملاً تحت تاثیر آلودگی محیط زیست و تغییرات جوی واقع می­شوند. این نوع پست­ها از نوع پست­های معمولی (Conventional ) هستند.

ب) پست­های داخلی(indoor substations)

در صورتی که تجهیزات یک پست در فضای بسته یا در یک فضای سر پوشیده نصب شوند این پست به عنوان یک پست داخلی در نظر گرفته می­شود. منظور از فضای بسته نصب تجهیزات در داخل یک ساختمان سرپوشیده است. در این حالت نیز ایزولاسیون هادی­های تحت ولتاژ توسط عایق هوا انجام می­گیرد. از خصوصیات این نوع پست­ها آن است که ایزولاسیون خارجی تجهیزات فشار قوی و فواصل هوایی ایزولاسیون واقع در فضای بسته تحت تاثیر مستقیم تغییرات جوی، تغییرات درجه حرارت و آلودگی محیط قرار نمی­گیرند. لذا ایزولاسیون هادی­ها از اطمینان بیشتری برخوردار می­باشد. این نوع پست­های داخلی به سه نوع پست های داخلی باز و نیمه باز و بسته تقسیم می شوند.

 

1) پست داخلی باز

تجهیزات در این نوع پست­ها به گونه­ای نصب می­شوند که علاوه بر شین­ها کلیه تجهیزات اساسی از قبیل دیسکانکت­ها، کلید­های قدرت و دیگر وسایل داخل یک حفاظ توری می­باشند. ولی امروزه این نوع پست­ها بدلیل نیاز به فضای بسیار زیاد مخصوصاً در ولتاژهای بالا کاربردی ندارند.

2) پست داخلی نیمه باز

در این­گونه پست­ها قسمتی از تجهیزات تحت ولتاژ از هر جهت محفوظ و پوشیده هستند و قسمتهایی مانند دیسکانکت­ها و شین­های پست در فضای آزاد نصب شده و قابل رؤیت می­باشند.

3) پست داخلی تمام بسته فلزی(کیوسک)

در این نوع پست­ها تمام قسمت­های تحت ولتاژ (حتی شین­ها) در یک محفظه­ی کاملاً پوشیده با درب های فلزی نصب می­شود. لذا به این نوع پست­ها پست­های تابلویی یا پست­های قفسه­ای نیز می­گویند. که خود این­ پستها به دو دسته فیکس یا ثابت و کشویی تقسیم­بندی می­شوند. هم­اکنون کاربرد پست­های داخلی تمام بسته بسیار زیاد بوده و تا ولتاژ های 63 کیلوولت مورد بهره­برداری قرار می­گیرند. به علاوه این نوع پست­ها به صورت­های کیوسکی و زیر زمینی و غیره نیز به کار می­روند.

د) پست­های سیار(mobile substations)

این نوع پست­ها معمولاً با ظرفیت کم و در ولتاژهای مختلف می­توانند به صورت موقت جایگزین یک پست دائمی شوند. این نوع پست­ها در شبکه­ی برق ایران با سطح ولتاژهای 20/230 کیلوولت و63/230 کیلوولت و 20/63 با ظرفیت­های محدود مورد بهره­برداری قرار می­گیرند. تجهیزات این نوع پست­ها که معمولا به صورت GIS می­باشند به همراه یک دستگاه ترانسفورماتور روی یک یا چند تریلی نصب می­گردند تا به سادگی بتوانند از نقطه­ای به نقطه­ی دیگر منتقل شوند. این نوع پست­ها معمولاً به صورت موقت به یک خط فشارقوی اتصال یافته ( T- off ) و در شرایط اضطراری تا موقعی که پست اصلی در منطقه راه­اندازی شود و بار منطقه را تأمین نماید انجام وظیفه خواهد کرد. به علاوه در مواقع توسعه پست­های فشارقوی یا انجام تعمیرات دوره­ای که امکان جابجایی بار وجود نداشته باشد از این نوع پست ها (پست اصلی برای مدتی از مدار خارج می­گردد) استفاده و این نوع پست­ها راه حل مطلوبی است. همچنین استفاده از این پست­ها در مناطقی که امکان احداث پست دائمی وجود ندارد و یا زمان احداث آن طولانی باشد توجیه­پذیر خواهد بود.

ساختار پست­های داخلی باز و نیمه­باز

در این نوع پست­ها که در سالن­های سرپوشیده نصب می­شوند شین­ها و کلیدهای قدرت ( بریکرها و یا دیژنکتورها ) به طور آزاد در سالن نصب می­شوند تا از مراقبت و دید بهتری برخوردار باشند. همچنین ترانسفورماتورهای قدرت در اتاقهای جداگانه­ای نصب می­گردند تا در صورت بروز هرگونه خطری ( آتش سوزی ) برای آن­ها، حادثه به دیگر قسمتهای پست سرایت نکند. به علاوه، دیگر تجهیزات هر فیدر ( خروجی ) از قبیل بریکرها، ***یونرها، ترانسفورماتورهای اندازه­گیری ولتاژ و جریان و دیگر وسایل مورد نیاز در قسمتی مشخص و محدود به نام سلول قرار می­گیرند. این سلول­ها در کنار دیواره­های سالن یا در وسط سالن نصب می­شوند. هر سلول از سلول­های مجاور خود به وسیله­ی صفحات فلزی یا عایقی نسوز مجزا می­شوند. همچنین هر سلول به دو بخش مربوط به تجهیزات قدرت و بخش مربوط به تجهیزات کنترل و حفاظت تقسیم می­شود. ضمناً در پست­های داخلی به منظور جلوگیری از تماس سهوی افراد با قسمت­های برق­دار تمهیداتی در نظر گرفته شده و وسایل تحت ولتاژ با اینترلاک هایی مرتبط شده اند که در صورت اشتباه اپراتور قسمت برقدار ایزوله شده و به شخص هیچ گونه آسیبی نرسد .

ساختار پستهای داخلی بسته

در پست­های داخلی بسته کلیه تجهیزات قدرت و وسایل مربوط به سیستم­های کنترل و حفاظت پست در تابلو­های فلزی نصب می­شوند. در هر تابلو وسایل یک انشعاب از شین قرار داده می­شود که عموماً شامل بریکر، ***یونر زمین و ترانسفورماتورهای اندازه­گیری ولتاژ و جریان می­باشد. بریکر این نوع پست­ها به صورت ثابت و کشویی می­باشد. از جمله مزایای بریکرهای کشویی نصبت به بریکرهای ثابت آن است که دیگر نیازی به ***یونر وجود ندارد. به عبارت دیگر با بیرون کشیدن بریکر کشویی از تابلو عمل قطع ***یونرها نیز خود به خود انجام می­شود ( تا سطح ولتاژ 20 کیلوولت ) همچنین تعویض بریکرهای کشویی به راحتی انجام می­گیرد.

در ساختمان این نوع تابلوها باید نکاتی در نظر گرفته شود :

 

1. اول آنکه ساختار باید به گونه­ای باشد که برخورد جرقه به تابلو­های دیگر و پیش­روی آن در شین­های دیگر امکان­پذیر نباشد.
   
2. همچنین باید اتصال کوتاه در داخل تابلو باعث بالا رفتن فشار هوا در داخل تابلو نشود. برای جلوگیری از برخورد جرقه به تابلو های مجاور دو روش زیر متداول است :
   

الف) جلوگیری از گسترش جرقه با به کار بردن شین و کانکت­های عایق شده با مواد عایقی PVC یا دیگر مواد عایقی.

ب) تقسیم تابلو به چند بخش و بخشهای فلزی به طوری که هریک از قسمتهای تابلو نسبت به ایزوله باشند

همچنین برای جلوگیری از زیاد شدن فشار داخلی تابلو (که در اثر تخلیه الکتریکی و شدت جرقه به وجود می­آید) باید در سقف تابلو­ها دریچه­هایی به اسم دریچه­های فشارشکن ( دریچه های انفجار ) نصب گردد. این دریچه­ها در هنگام ازدیاد فشار خود به خود باز شده تا مانع انفجار تابلو و خسارت دیدن آن و همچنین توسط یک سری از میکرسوئیچ ها باعث قطع برق ( ولتاژ ) تغذیه کننده اتصالی میشود.

به طور کلی با توجه به مزایای پست­های بسته نسبت به پست­های باز و نیمه باز در حال حاضر و در اکثر موارد از پست­های بسته (بخصوص با بریکر­های کشویی) استفاده می­شود. معمولاً این نوع پست ها تا سطح 33 کیلو ولت ساخته می­شوند.

ساختار پست­های GIS (داخلی و بیرونی)

در بعضی از مناطق که بعللی از قبیل کمبود جا و یا آلودگی بیش از حد ( مناطق ساحلی ) امکان احداث پستهای معمولی باز نمی باشد پستهای فوق بلحاظ وجود محفظه های فلزی که از گاز هگزا فلوئورید گوگرد پر شده و قسمتهای برقدار د رآنها قرار دارند نیازی به رعایت فواصل مشخص بین تجهیزات از یکدیگر و با زمین نبوده نصب میگردند . این نوع پست­ها با دو نوع ساختار داخلی و بیرونی به کار می­روند که نوع داخلی آنها بیشتر مورد استفاده قرار می­گیرد. همانگونه که می دانیم به منظور عایق کردن تجهیزات و نزدیک کردن فواصل شین­های دارای ولتاژ به یکدیگر از گاز هگزا فلوئورید گوگرد SF6 استفاده می­شود. از خصوصیات مهم این گاز می­توان به موارد زیر اشاره کرد :

 

• از نظر سطح عایقی این گاز بسیار عالی می باشد و استقامت الکتریکی آن در حدود سه برابر استقامت الکتریکی هوا در فشار یک اتمسفر می باشد و در فشارهای بالاتر این تفاوت بیشتر میشود .
  

- گاز SF6 گازی الکترونگاتیو است به این معنی که با جذب الکترون­های آزاد قادر به تبدیل شدن به یک یون منفی بدون تحرک شده و شرایط ایجاد جرقه را مشکل تر می نماید با توجه به آنکه الکترون­های آزاد عامل شکست الکتریکی هستند لذا استفاده از این گاز باعث خاموش شدن سریع جرقه­ها می­شود.

 

• این گاز غیر قابل اشتعال می­باشد و تأثیر چندانی بر بدن انسان ندارد.
  
• گاز غیر سمی و بیرنگ و بی­بو است.
  
• از نظر شیمیایی پایدار بوده و میل ترکیبی آن خیلی کم است و در اثر جرقه های ایجاد شده در کلید تغییر ماهیت نمی دهد .
  
• وزن آن پنج برابر هوا است.
  
• خاصیت خاموش­کنندگی جرقه در آن بسیار بیشتر از هوا است.
  

نحوه طراحی پست­های GIS از نظر ساختاری در دو وضعیت صورت می­گیرد.

در وضعیت اول هر فاز و وسایل مربوط به آن در کپسول­های جداگانه­ای قرار می­گیرند. به این نوع ساختار سوئیچگیر­های تک­فاز(phase segregated switchgear) می­گویند.

کپسول­های سه­فاز به گونه­ای در کنار هم نصب می­شوند که بتوان به راحتی از شین انشعاب سه فاز گرفت.

در وضعیت دوم هر سه فاز و وسایل جانبی آن در یک کپسول قرار می­گیرند. لذا به این نوع ساختار سویچگیر­های سه­فاز (phase integrated switchgear) گفته می­شود. شین­های سه­فاز در داخل یک کپسول و در سه رأس یک مثلث متساوی الاضلاع قرار می­گیرند که در داخل آنها گاز SF6 با فشار زیاد تزریق شده است. فشار گاز SF6 معمولاً در حدود 4 تا 6 اتمسفر می­باشد. همچنین برای قرار گرفتن سه شین در وسط کپسول از نگهدارنده­های عایقی استفاده می­شود.

با توجه به موارد مذکور از مهمترین مزایای این پست­ها می­توان به موارد زیر اشاره کرد :

 

• عوامل محیطی و خارجی هیچ­گونه تأثیری بر روی عایق­ها ندارند زیرا تجهیزات در داخل محفظه­های پر شده از گاز SF6 قرار می­گیرند. لذا این پست­ها برای مناطق آلوده بسیار مناسب می­باشد.
  
• پست های گازی GIS دارای قابلیت اطمینان بالایی در کارکرد هستند. بالا بودن این قابلیت اطمینان با توجه به خصوصیات مطلوب شینه­بندی در این گونه پست­ها و خصوصیات گاز SF6 می­باشد.
  
• به خاطر قدرت عایقی بالای گاز SF6 فاصله­ی مورد نیاز بین تجهیزات تحت ولتاژ به حداقل مقدار ممکن خود می­رسد. در نتیجه ابعاد پست های GIS در مقایسه با پست­های معمولی بسیار کم می­باشد.
  - معمولاً زمین مورد نیاز برای این­گونه پست­ها معادل 10 تا 15 درصد از زمین مورد نیاز پست­های معمولی (با همان خصوصیات فنی) می­باشد. لذا در صورتی که در مکان پست­ها هزینة زمین مورد نیاز بسیار زیاد باشد هزینة تمام شدة پست­های گازی می­تواند از پست­های معمولی نیز کمتر گردد.
  
• پست­های گازی GIS به تعمیرات دوره­ای (سرویس و نگهداری) کمتری نیاز دارند.
  
• در این نوع پست­ها امکان تماس سهوی پرسنل بهره­بردار با تجهیزات تحت ولتاژ فشارقوی وجود ندارد. به عبارت دیگر با توجه به آنکه محفظه­های فلزی تجهیزات همگی در سطح پتانسیل زمین قرار دارند لذا ایمنی رفت­و­آمد در اینگونه پست­ها به مراتب بیشتر از پست­های معمولی می­باشد.
  
• عدم وجود تداخل در امواج رادیویی و بی­صدا بودن آنها از دیگر مزایای پست­های گازی می­باشد.
  
• با توجه به اینکه حفظ زیبایی محیط زیست در مناطق شهری از اهمیت خاصی برخوردار است لذا استفاده از این نوع پست­ها در ایجاد هماهنگی با زیبایی محیط زیست بسیار اهمیت دارد.
  

از جمله اصلی­ترین معایب این پست­ها بالا بودن هزینه سرمایه­گذاری آنان نسبت به پست­های معمولی می­باشد. البته با پیشرفت تکنولوژی پست­های GIS، این هزینه­ی بالا، روز به روز در حال کاهش است.

ساختار پست­های معمولی بیرونی

در این نوع پست­ها تمام تجهیزات اساسی در فضای آزاد نصب می­شوند و به خاطر آنکه تحت تأثیر عوامل جوی از قبیل حرارت، برودت، شبنم، باران، برف، طوفان و حتی گردوخاک و آلودگی شدید قرار دارند لذا باید از کیفیت خاصی برخوردار باشند.همچنین کلیه تجهیزات باید در ارتفاعی نصب شوند که قسمت های تحت ولتاژ فاصله ایمنی را برای افراد تامین نماید . در این نوع پست­ها برای ایجاد این ارتفاع تجهیزات را روی پایه­ها یا اسکلت فلزی با ارتفاع مناسب در هوای آزاد نصب می­کنند. البته به خاطر نصب تجهیزات در فضای آزاد این نوع پست­ها به فضای بیشتری نیاز دارند. لذا در مناطقی که از نظر وسعت و یا شکل زمین مورد نیاز برای پست دارای محدودیت­هایی هستند مناسب نمی­باشند. همچنین در صورت وجود آلودگی در محیط در طراحی این نوع پست­ها باید ملاحظاتی در نظر

گرفته شود تا پست مورد نظر با مشکلات عایقی روبرو نگردد.