اجزای پست برق

پست برق چیست؟

پست برق ها با توجه به وظایفی که در انتقال و توزیع نیروی الکتریکی دارند ، یکی از اساسی ترین ارکان تجهیزات انتقال برق به شمار می آیند. نیاز بدون جایگزین صنایع مختلف به انرژی برق بر هیچ کسی پوشیده نیست اما سطح ولتاژ مورد نیاز در سطوح مختلف مصرف کنندگان صنعتی، اداری و خانگی متفاوت است. در این بین پست های برق با مجموعه تجهیزاتی که دارند سطح مناسبی از ولتاژ را برای برق رسانی در شبکه های انتقال و توزیع برق فراهم می آورند.

پست های برق بر اساس وظایف اصلی شان در تبدیل ولتاژ به انواع مبدل کاهنده و مبدل افزاینده تقسیم می شوند. همچنین برخی پست های برق بدون ایجاد تغییر در ولتاژ، تنها ولتاژ دریافتی را به خط یا خطوط دیگر انتقال می دهند (پست های کلیدزن).

اجزای پست برق

یک پست برق شامل مجموعه ای از تجهیزات فنی است که با هدف خاصی طراحی شده و در کنار هم چیده می شوند. یک پست به طور کلی دارای تجهیزات سوییچ، سیستم‌های حفاظت، کنترل و همچنین یک یا چند ترانسفورماتور است.

تجهیزات یک پست برق در نمودار زیر نشان داده شده اند.

ترانسفورماتور (ترانسفورمر)

ترانسفورماتورکه اصلی ترین وظیفه یک پست برق را بر عهده دارد یکی از وسایل بسیار مهم تبدیل جریان و ولتاژ الکتریکی متناوب است. بر خلاف ماشین های الکتریکی که انرژی الکتریکی و مکانیکی را بهم تبدیل می کند، ترانسفورماتور در نوع انرژی تغییری نمی دهد بلکه ولتاژ و جریان را با همان فرکانس جریان متناوب منتقل می کند، بطوریکه انرژی ولتاژ پائین را تبدیل به همان انرژی با ولتاژ بالاتر می نماید و همچنین جریان را از مقدار داده شده در یک مدار به جریانی با اندازه های متفاوت در مدار دیگر تبدیل کند. ترانسفورماتورها عملکرد خود را بر اساس اثری با عنوان «القا الکترو مغناطیسی متقابل» انجام می دهند که طی آن اگرسیمی که دارای جریان و میدان الکتریکی است در مجاورت یک سیم دیگر قرار بگیرد روی آن سیم اثرگذار خواهد بود که باعث می شود ولتاژ در سیم دوم بدون هیچ گونه ارتباط الکتریکی القا شود. لذا کمیت سیم های به کار برده شده در ترانسفورماتور ها منجر به ایجاد میزان معینی از جریان الکتریکی می شود. این موضوع در طراحی ترانسفورماتورها نیز مورد نظر قرار می گیرد.

ترانسفورماتور قدرت

انواع ترانسفورماتور

ترانسفورماتور قدرت

ترانسفورماتور قدرت (Power transformer ) در پست برق وظیفه کاهش یا افزایش ولتاژ را بر عهده دارد. ترانسفورماتور در سه دسته ترانسفورماتور قدرت کوچک، ترانسفورماتورهای قدرت متوسط و ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ تقسیم بندی می شوند و در صنایع مختلف بسته به نوع و میزان مصرف از انواع آنها استفاده می شود.

ترانسفورماتور زمین

در یک پست برق ترانسفورماتور زمین “Earthing Transformer or Grounding Transformer” برای محدود نمودن جریان اتصال کوتاه یک فاز،‌ثابت نگه داشتن ولتاژ نقطه صفر و ایجاد نقطه صفر مصنوعی در شبکه های با اتصال مثلث به کار برده می شوند و به دلیل ایجاد تعادل در بار، اتصال آنها به صورت زیگزاگ است.

ترانسفورماتور مصرف داخلی

از ترانسفورماتور تغذیه داخلی “Station Service Transformer” برای تغذیه مصارف داخلی پست برق استفاده می شود. بار ترانسفورماتور تغذیه داخلی شامل مواردی نظیر تغذیه بریکرها، تغذیه فن و سیستم خنک کننده ، شارژ باتری ها ، مصارف روشنایی و تهویه ها می باشد. معمولا ترانسفورماتورهای تغذیه داخلی به صورت یک سیم پیچ ثالثیه در ترانسفورماتور زمین ترکیب شده و بدین ترتیب ترانسفورماتور زمین – تغذیه داخلی به صورت واحد ساخته می شوند ؛ که در این صورت تنها یک ترانسفورماتور که به دو منظور زمین و تغذیه داخلی ساخته شده ، در کنار ترانسفورماتور قدرت نصب می شود . در غیر این صورت ترانسفورماتورهای زمین و تغذیه داخلی، هر کدام به طور جداگانه در کنار ترانسفورماتور قدرت نصب می شوند.

سوییچگیر در پست برق

سوئیچگیر Switchgear به مجموعه ای از تجهیزات می گویند که ارتباط فیدرهای مختلف را به شینه ها و یا قسمت های مختلف شینه ها را به یکدیگر، در یک سطح ولتاژ معین برقرار می کنند. هدف عملکردی سوئیچگیر ارتباط بین تجهیزات فشار قوی و حفاظت از آنها و همچنین کنترل مانیتورینگ آنها می باشد. گاهی سوئیچگیر در یک ساختمان  قرار دارد.

اجزای یک سوئیچگیر

همانطور که بیان شد سوئیچگیر در واقع رابط بین تعدادی تجهیزات می باشد که به تفکیک با هر یک آشنا می شویم:

•  فیدر(Feeder)
• شینه ها یا باس بارها (BusBar)
• بریکر یا کلید قدرت ( Circuit Breaker )
• سکسیونر یا کلید جداکننده ( Disconnect Switch )
• ترانسفورماتورهای اندازه گیری ولتاژ و جریان ( Instrument Transformer )
• تله موج ( Line Trap )
• برقگیرها ( Lighting Arrester )
•  جبران کننده های بار راکتیو
• فوندانسیون، اسکلت فلزی، مقره های نگهدارنده و عایق کننده

فیدر چیست؟

فیدر(feeder) در لغت به معنای تغذیه کننده می باشد و در پستها به مجموعه­ای از تجهیزات اطلاق می­شود که ترانس یا خطوط را به باسبار منتقل می­نماید.

انواع فیدر در پست های برق

فیدرها شامل تجهیزات قطع و وصل جریان الکتریکی می­باشد که در تابلوها قرار می­گیرند:

• فیدر خط
• فیدر ترانس
• فیدر باس کوپلر

تجهیزات تشکیل دهنده فیدر عبارتند از:

• کلید قدرت
• سکسیونر
• ترانس جریان
• ترانس ولتاژ

در فیدر خط در ابتدای ورود به پست و در فیدر ترانس در مجاورت ترانس، برقگیر نیز نصب می­شود.

شینه و شینه بندی پست برق

شینه رسانایی است که نیروی الکتریکی تولید شده توسط ژنراتور و ترانسفورمرها را جمع آوری کرده و منتقل می‏نماید. در شينه تمام انرژی ترانسفورماتورها به هم مي پيوندند واز آنجا به طورمستقيم با همان ولتاژ و يا به كمك ترانسفورماتور افزاينده يا كاهنده ولتاژ به ديگرمصرف كننده ها و يا شينه ها هدايت مي‏گردند. لذا مي‏توان گفت كه شينه وسيله جمع و پخش انرژي است. شینه یا باسبار در شکل‏های مختلف تولید می‏شود. انواع تخت (که به آن شینه می گویند و برای ولتاژهای کم استفاده می‏شود)،‌ رشته ‏ای و لوله‏ای (باسبار). نوع رشته ای آن که نوعی هادی به شمار می آید از چند رشته تشکیل شده است و نهایتا نوع لوله ای «باسبار» می­باشد و به طور معمول از جنس های مس برای ولتاژ فشار ضعیف و آلیاژ آلومینیوم برای ولتاژ فشار قوی ساخته می‏شود.

شینه بندی چیست؟

به نحوه چیدمان شینه ‏ها در یک پست برق شینه­ بندی می گویند که با توجه به ویژگی های یک پست برق طراحی می‏شود. شینه ها در دو نوع ساده و مرکب (چندتایی) مورد استفاده قرار می گیرند. ساده ترين نوع جمع و پخش انرژي، شينه ساده است. درچنين تأسيساتي به ازاي هرفاز يك شينه وجود دارد. تمام ژنراتورهاي يك نيروگاه به اين سه شينه بسته مي شوند و از همين شينه ها براي تغذيه پست های برق مبدل يا دیگر مصارف استفاده می شود.

معایب شینه

شينه ساده كه به آن اشاره شد داراي معايبی به شرح زيراست:

• تميز كردن مقره ها و متعلقات ديگر شينه بدون قطع برق امكان پذير نيست
• گرفتن انشعاب جديد ازشينه ساده بدون قطع برق امكان پذيرنيست؛ به عبارت ديگرتوسعه شبكه برق فقط با قطع برق ممكن است.
• خراب شدن ديژنكتور هر يك از سيم‏هاي انتقال انرژي باعث قطع آن خط مي شود.

براي برطرف كردن معايب فوق امروزه درنيروگاه ها وتبديل گاه هاي مهم ازشينه مركب استفاده مي شود. ساده ترين و متداولترين نوع شينه مركب، شينه دوبل است. در شينه دوبل (دو شينه به ازای هرفاز) معمولايك شينه زير بار است و شينه ديگر به عنوان رزرو به كارگرفته می شود.

بریکر یا کلید قدرت

بریک (break) در لغت به معنای شکستن و قطع کردن است و در حوزه برق، به تجهیزات و کلیدهایی که جهت قطع و وصل بار و یا ایجاد تغییر مسیر بار الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند،‌ اطلاق می‏شود. بریکرها یا مدار‏شکن‏ها برای حفاظت از مدارها نصب شده و انواع مختلفی دارند. پیمانکاران طراحی کلید های قدرت در یک سیستم را با توجه به شرایط مدار و شرایط محیط،‌ مقررات و استاندارد ها و همچنین نیاز کارفرمایان انجام می‏دهند. شرایط مدار به حساسیت و قدرت مدار بستگی دارد و محیط نیز از لحاظ شرایط نصب و شرایط آب و هوایی الزاماتی را برای طراحی کلیدهای قدرت ایجاد می‏کند.

کلید قدرت،‌ترانسفورماور و میله های آلومینیومی باسبار

سکسیونر یا کلید جداکننده ( Disconnect Switch )

سکسیونر یک وسیله قطع و وصل است که برای جداکردن یک عنصر از شبکه الکتریکی استفاده می‏شود و برای هدایت بهتر جریان در قطعات و سیستمهای مختلف کاربرد دارد. سکسیونرها همچنین برای حفاظت و ایمنی اشخاص و متصدیان مرتبط با تجهیزات الکتریکی کاربرد دارند. چرا که با قطع مدار توسط آنها در هنگام تعمیرات و یا کنترل تجهیزات، برق مدار به طور کامل قطع شده و احتمال آسیب به افراد به حداقل می‏رسد. کنتاکت های سکسیونر به خوبی قابل مشاهده می باشند و در هنگام قطع مدار از یکدیگر فاصله می‏گیرند.

تفاوت سکسیونر و کلید قدرت (دژنکتور)

سکسیونر همانند دژنکتور یک کلید قطع کننده ی مدار است اما با این تفاوت که زیر بار نمی توان به عنوان قطع کننده مدار از آن استفاده کرد بنابراین هرگاه سکسیونر در مدار است و می خواهیم آن را قطع کنیم، قبل از آن باید برق اصلی به وسیله دژنکتور قطع شده باشد. زیرا سکسیونر باعث بستن یا بازکردن مدار نمی‏شود،‌ برای باز و بسته کردن هر مدار الکتریکی فشار قوی احتیاج به کلیدقدرت است که می تواند مدار را در هر شرایطی با یا بسته کند و سکسیونر برای بر قراری ارتباط کلید قدرت به شینه و یا هر قسمت دیگری از شبکه. از این رو از سکسیونر ها در وروری و خروجی دژنکتور ها نیز استفاده می کنند تا در مواقع تعمیر و نگه داری از آنها استفاده شود. البته در برخی مواقع که مصرف کننده ها کم قدرت هستند می توان از سکسیونر برای قطع و وصل مدار نیز استفاده کرد و گاهی در مواقعی که بار خیلی سنگین نیست از دژنکتور استفاده نمی شود.

ترانسفورماتورهای اندازه گیری ولتاژ و جریان ( Instrument Transformer )

علاوه بر ترانسفورماتور قدرت، ‌دو نوع ترانسفورماتور ولتاژ (Voltage Transformer) و ترانسفورماتور جریان(Current Transformer)  نیز در پست های برق مورد استفاده قرار می‏گیرند.

ترانسفورماتور ولتاژ

ترانسفورماتور ولتاژ اولیه ای با ولتاژ بالا و ثانویه ای با ولتاژ کم دارد. توان نامی این ترانسفورماتور کم است و تنها هدف آن فراهم آوردن نمونه‏ ای از ولتاژ شبکه برای دستگاه‏های اندازه‏گیری و کنترل است. از آنجا که این کار باید با دقت بالایی انجام شود ترانسفورماتورهای ولتاژ بر اساس همین دقت‏ شان تولید و رده بندی می شوند و در هنگام خرید می بایست به «کلاس دقت» یا درجه دقت آنها توجه کرد. گفتنی است «توان نامی» قطعات الکتریکی حداکثر مقدار توانی است که می‌توانند به شکل دیگری از انرژی مانند گرما، نور یا انرژی تبدیل کنند و بر حسب وات بیان می‏شود. ترانس ‏هاي ولتاژ به دو صورت طراحي و ساخته مي شوند كه عبارتند از:‌

ترانسفورماتور ولتاژ مغناطيسي (اندوكتيو inductive ) : PT

در اين نوع ترانس ها، ولتاژ نامي اوليه مستقيما به ولتاژ مورد نياز در ثانويه تبديل مي شود .

ولتاژ اوليه از مدار اصلي پست گرفته شده و سيم پيچ اوليه بوسيله كاغذ آغشته به روغن از ثانويه و هسته آن مجزا مي باشد .

فضاي خالي بين اوليه و ثانويه بوسيله روغن پر مي شود .

اين نوع ترانسفورماتور هاي ولتاژ براي ولتاژهاي تا 145 كيلو وات اقتصادي بوده و كاربرد دارد .

و در ولتاژهاي بالا ، خيلي گران تمام مي شود اما از دقت بالايي برخوردار هستند .

در ولتاژهاي پائين نوع عايق ترانسفورماتور هوا و يا رزين مي باشد .

و براي ولتاژهاي بالا نوع عايق ترانسفورماتور روغن مي باشد.

ترانسفورماتور ولتاژ خازني (كاپاسيتيوCapacitive) : CVT

در اين نوع ترانس ها كه معمولاً در ولتاژهاي بالا اقتصادی تر است و كاربرد بيشتری دارد،‌ ابتدا ولتاژ اوليه بااستفاده از تعداد زيادي خازن كه از نوع كاغذ يا هادي آلومينيوم می باشد و بطور سري به يكديگر متصل شده اند به مقدار قابل ملاحظه اي كاهش يافته و سپس بااستفاده از يك ترانسفورماتور ولتاژ كوچكتر، ولتاژ دلخواه بدست مي‌آيد.

ترانسفورماتور جریان

ترانسفورماتور جریان اصطلاحاً CT نیز خوانده می‏شود و از جمله اجزای پست برق می باشد. در خطوط تولید،‌ انتقال و توزیع و مصرف برق، جریان ها بسیار متفاوت هستند. این جریان ها از چند آمپر تا ده‏ها هزار آمپر می توانند متغیر باشند و برای اندازه گیری، حفاظت و کنترل می‏بایست به جریانی نسبتاً یکنواخت تبدیل شوند.

به طور کلی ولتاژ روی خط نسبتا زیاد است و برای اندازه گیری مستقیم بسیار خطرناک می باشد. اینجاست که ترانس جریان وارد عمل می‏شود. به عبارتی کار ترانس جریان پایین آوردن جریان برای نمونه برداری و ارسال برای سیستم های حفاظتی، اندازه گیری و کنترلی است. برای این منظور، جریان ولتاژ بالا را به جریان ولتاژ پایین تبدیل می کند و باعث جاری شدن شدید جریان از طریق خطوط انتقال می‏‏شود که توسط آمپرمتر کنترل می شوند.

شرکت پیمابرق به عنوان یکی از باسابقه­ترین سازندگان پست­های فشار قوی با در اختیار داشتن کادر مجرب و همکاران توانمند در بخش­های بازرگانی و تامین تجهیزات توانایی تامین کلیه تجهیزات پست­های فشار قوی در کوتاهترین زمان از سازندگان داخلی یا خارجی را دارا می­باشد.

تله موج ( Line Trap )

در ادامه معرفی اجزای سوییچگیر به تله موج می پردازیم.

تله موج همانطور که از نامش نیز بر می آید، از تداخل سیگنالهای با فرکانس بالا و یا عبور آنها به خطوط انتقال جلوگیری و به نوعی آنها را فیلتر می نماید. تله موج که «موجگیر» نیز خوانده می‌شود معمولا بعد از ترانسفورماتورهای ولتاژ نصب می گردد تا بتواند بر روی سیگنال های عبور داده شده از آن که دارای فرکانس های بالا می باشند، عمل نماید. البته محل نصب تله موج ها بسته به فضای در اختیار و اینکه در خطوط انتقال، پست های فشار متوسط و یا قوی باشد، متغییر است. برای مثال، در برخی پست های فشار قوی  موج‏گیر بوسیله یک سری مقره آویزان است و در ولتاژهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد و مزیت این گونه نصب اینست که محلی را در فضای پست اشغال نمی‏کند. در برخی موارد نیز موج گیر بر روی مقره اتکایی نصب می گیرد و در این روش نیز فضای اشغال شده توسط موج گیر کاهش می یابد. از لحاظ شکل ظاهری، تله موج ها شکلی استوانه ای دارند که عموما از جنس آلومینیوم می باشد. از لحاظ ساختاری، یک تله موج ترکیبی است از سلف(سیم پیچ) و خازن موازی و از آنجايي كه اين دستگاه در مسير خط قرار مي‌گيرد می بايست تحمل جريان خط در شرايط عادی و در زمان اتصال كوتاه را داشته باشد.

برق‏گیر( Lighting Arrester )

برقگیر وسیله‌ای است که در شبکه‌های الکتریکی برای حفاظت تجهیزات در مقابل صدمات ناشی از اضافه ولتاژهای ناگهانی همچون صاعقه و رعد و برق به کار برده می‌شود. برق‌گیر یا اَرستر از ورود اضافه ولتاژها به ایستگاههای انتقال و توزیع نیرو جلوگیری کرده و در حقیقت با انتقال انرژی پیش بینی نشده و ناگهانی به زمین از تجهیزات محافظت می کند. بنابراین می‏توان برقگیر را از جمله وسایل ایمنی در یک پست برق به شمار آورد. در کلیه شبکه های الکتریکی از پست های برق فشار قوی گرفته تا منازل مسکونی از آنها برای تخلیه اضافه بار جهت حفاظت از سیستم الکتریکی و تجهیزات به کار رفته،‌ استفاده می‌شود.

برقگیر در پست برق

برقگیردر پست های برق معمولا برسر بوشینگهای ترانس‏ها (جهت حفاظت از سیم پیچهای ترانس) نصب می شود. چرا که ترانسفروماتور قدرت گرانترین تجهیزاتی است که در یک پست برق نصب می شود. با این حال بسته به طراحی و مهندسی انجام شده در یک پست برق گیر می تواند در مکان هایی نظیر فیدر ورودی و یا شینه ها نیز نصب شود. از نکات با اهمیت در عملکرد یه برق گیر آنست که اجازه ندهد تا زمانی که ولتاژ سیستم عادی است جریان به زمین وارد شود و از سویی هنگامی که ولتاژ سیستم به مقدار از پیش مشخص شده بازگشت، عبور جریان به زمین را متوقف نماید. در ساخت برقگیر معمولا از مقره های سرامیکی و یا در مدل های جدیدتر از مقره های سیلیکونی استفاده می شود که باعث تولید برقگیر هایی با حجم و وزن کمتر شده اند.

انواع برق گیر

برق گیرها از لحاظ شکلی و عملکردی شامل انواع مختلفی می باشند.

از انواع برقگیرهای متداول مورد استفاده در پست‏های برق می توان به انواع ذیل اشاره کرد:

• برقگیر شکاف میله
• برقگیر انفجاری
• برقگیر اکسید فلزی(اکسید روی)
• برقگیر کربور سیلیسیومی

جبران کننده‏ های بار راکتیو

پیش از آنکه بخواهیم به کارکرد جبران کننده راکتیو و لزوم نصب آن در یک پست برق بپردازیم بهتراست اندکی در مورد تفاوت توان ها یا بارهای اکتیو و راکتیو بدانیم. اساسا دو نوع توان در خطوط انتقال منتقل می شوند. توان اکتیو یا مفید و توان راکتیو یا توان غیرمفید.

توان اکتیو یا حقیقی (P)

توان اکتیو یا حقیقی (P)، توانی است که از منبع تولید می شود و به صورت واقعی برای کاری مفید توسط مصرف کننده مورد استفاده قرار می گیرد. از موارد استفاده می توان به روشن کردن وسایل الکتریکی مانند لامپ، یخچال و یا کامپیوتر اشاره کرد که به همین دلیل این نوع توان را گاهی توان قابل مشاهده می نامند.

توان راکتیو (Q)

توان راکتیو (Q) یا غیر مفید برعکس توان اکتیو، بین منبع تولید و مصرف کننده در رفت و آمد است و به اجبار به همراه توان فعال در سیم ها انتقال می یابد. از این رو می بایست میزان آن متعادل و متوازن نگاه داشته شود. این توان اگرچه قابل مشاهده نیست اما لازمه به کار افتادن برخی تجهیزات نظیر دستگاه هایی است که دارای موتور سه فاز هستند و در صنایع و کارخانجات مورد استفاده قرار می گیرند.

جبران کننده راکتیو و تثبیت ولتاژ شبکه

با وجود آنکه توان راکتیو در نظر عموم توانی غیرمفید و غیرفعال به شمار می آید اما این توان در تثبیت ولتاژ شبکه نیز نقش مهمی را ایفا می نماید. چرا که در حالی که توان اکتیو با فرکانس در ارتباط است، این توان با ولتاژ شبکه در ارتباط است و توازن قدرت راكتيو در شبکه های انتقال، تضميني بر ثابت‌بودن ولتاژ شبکه و نهایتا افزایش توان انتقالی است. به همین جهت، در پست های برق که بخش مهمی از شبکه انتقال هستند نیز به تجهیزی احتياج داريم كه بتواند توان راکتیو را کنترل نماید. وسیله ای که هم بتواند قدرت راكتيو مورد نیاز را به شبكه تزريق كند و هم قدرت راكتيو اضافي سيستم را مصرف نمايد. وسايلي را كه براي كنترل توان راكتيو و ولتاژ به كار مي‌روند جبران‌كننده مي‌نامند. جبران‌كننده‌هاي توان راكتيو يكي از تجهیزات ضروری سيستم‌های انتقال برق به شمار مي‌روند چرا که برق موجود در شبکه برق می بایست درسطح ولتاژ معینی باشد و حتی خطای 5 درصدی آن باعث آسیب دیدن تجهیزات و یا خاموشی می شود. جبران کننده های راکتیو شامل انواع مختلفی نظیر ژنراتور سنکرون، بانک‌های خازنی، ماشین‌های گردان و جبران‌کننده‌های ایستای توان راکتیو هستند که در پست ها و خطوط انتقال مورد استفاده قرار می گیرند.

شرکت پیمابرق نیز در احداث پست های برق از انواع جبران کنندها نظیر بانک های خازنی برای کنترل بار راکتیو و کاهش تلفات بار در خطوط انتقال استفاده می نماید. بانک خازنی یک از پست های برق احداث شده در تصویر مشاهده می شود. تصمیم گیری در خصوص ظرفیت خازن ها و محاسبات مربوط به جایابی آنها نیز خود موضوع تخصصی مهمی در حوزه طراحی شبکه انتقال برق می باشند که توسط طراحان شرکت پیمابرق انجام می شود.