1-1 تعریف و اهمیت مسئله
 
این تحقیق به بهینه سازی شاخصهای قابلیت اعتماد سیستمهای توزیع انرژی الکتریکی- از دیدگاه کیفیت توان- با حضور منابع تولید پراکنده اختصاص دارد. امروزه در کنار تجهیز سیستم ها، قابلیت اعتماد آنها به طور جدی مطرح بوده و جزء لاینفک عملکرد آنهاست. در ارزیابی قابلیت اعتماد میزان توانایی سیستم در ارائه عملکرد صحیح محوله محک زده میشود، بنابراین میتواند به مجرائی جهت بهبود آن سیستم تبدیل گردد. این بحث در سیستم های قدرت نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به وسعت سیستم قدرت و نحوه ارتباط بخشهای تولید، انتقال و توزیع با یکدیگر، ردههای سلسله مراتبی HLI، HLII و HLIII مطرح گردیده و سیستمهای توزیع در رده HLIII مورد بررسی دقیق قرار میگیرند. شبکه توزیع گستردهترین بخش سیستم قدرت است که نقاط مصرف را به منابع انرژی الکتریکی ارتباط داده و از نظر جغرافیایی مساحت بسیار زیادی را تحت پوشش قرار میدهد. بنابراین هر بهینه سازی به ظاهر کم اهمیتی چون در ابعاد وسیع اعمال میگردد، می تواند صرفه جویی زیادی در هزینهها را به دنبال داشته باشد. مورد دیگر جایگاه ارزیابی قابلیت اعتماد در سیستمهای توزیع به حجم وسیع اتفاقات و خرابیهای بوجود آمده مستقل از گستردگی مداری آن مربوط میگردد. بر این اساس ارزیابی قابلیت اعتماد شبکههای توزیع از اهمیت و اولویت ویژهای برخوردار خواهد بود. از سوی دیگر در شبکه های توزیع امروزی، به خصوص با روند رو به رشد

 خصوصی سازی و رقابتی شدن بازار برق، هدف اولیه شرکتهای توزیع پایین آوردن هزینه های مربوط به بهره برداری، نگهداری و ساخت شبکه خود و همزمان بالا بردن قابلیت اطمینان شبکه، کیفیت برق و رضایت بیشتر مشترکین میباشد. یکی از روشها برای پاسخ گویی به رشد بار و نیز تامین سطح مشخصی از قابلیت اطمینان، استفاده از منابع تولید پراکنده میباشدتولید. پراکنده معمولاً به واحدهای تولیدی با ظرفیت کمتر از 10مگاوات گفته میشود که به طور مستقیم به شبکههای توزیع یا سرویس مشترکین متصلند. تکنولوژیهای مختلفی از جمله توربینهای گازی کوچک، پیلهای سوختی، توربینهای بادی، سلولهای خورشیدی و…. در واحدهای

 
 
تولید پراکنده مورد استفاده قرار میگیرد.
 
قابلیت اعتماد در سیستمهای قدرت گسترة زیادی داشته و تاکنون فعالیتهای تحقیقاتی در این خصوص بیشتر به دو بخش تولید و انتقال معطوف بوده و به بخش توزیع توجه کمتری شده است. شاید یکی از دلایل این کار مقیاس بسیار بالایی از خرابی باشد که می تواند از این بخشها منشاء گیرد. اما تعداد خرابیها در سیستم- بسیار گسترده- توزیع نیز قابل توجه بوده و قرار دادن آن در درجههای پایین اولویت می تواند موجب تحمیل هزینههای سنگینی شده و نمیتواند استدلال عملی دقیقی داشته باشد.
 
بحث قابلیت اعتماد شبکههای توزیع زمینههای فراوانی جهت تحقیقات داشته و بکارگیری علوم مختلف از جمله ریاضیات پیشرفته و علوم کامپیوتر به تنوع و کارائی روش های مربوطه میافزاید. به همین دلیل مطالب، مقالات و کنفرانسهای علمی ارائه شده در این ارتباط پیشرفت روزافزونی را نشان میدهد، اما در عین حال در اکثر مطالعات انجام شده کمتر به ارزیابی همزمان شاخصهای قابلیت اطمینان و مباحث کیفیت توان پرداخته شده است.
 
لذا در این پایان نامه، شاخصهای قابلیت اطمینان سیستمهای توزیع بر اساس قطعیهای ناشی از فلش ولتاژ1 در نظر گرفته شده اند. از دلایل این امر و رویکرد به مسائل کیفیت توان میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
 
-1 حساسیت بیشتر تجهیزات الکتریکی کنونی در مقایسه با تجهیزات مورد استفاده در گذشته
 
 
-2 افزایش استفاده از تجهیزاتی که موجب کاهش کیفیت برق میگردند.
 
 
-3 افزایش آگاهی مشترکین و مصرف کنندگان انرژی الکتریکی از مقوله کیفیت برق و آگاهی از تاثیر کیفیت برق بر عملکرد مناسب و عمر مفید تجهیزات.
 
-4 تاثیر متقابل تجهیزاتی که باعث عدم کیفیت برق در یک شبکه به هم پیوسته میشوند.
 
روشهای متعددی در خصوص مدل سازی و ارزیابی قابلیت اطمینان شبکههای توزیع مطرح و ارائه شده است و تحقیقات و مطالعات در این زمینه همچنان ادامه دارد. به طورکلی روشهای ارزیابی قابلیت اطمینان شبکههای توزیع را میتوان به دو دستهی عمدهی تحلیلی و شبیه سازی تقسیم نمود. در روشهای تحلیلی که کاربرد فراوانی در مطالعات مهندسی قابلیت اطمینان سیستمهای توزیع دارند، فیدر و تجهیزات مربوطه در قالب ریاضی به صورت اجزای سری یا موازی مدل میشوند و شاخصهای مربوطه در زماننسبتاً کوتاهی محاسبه میشوند.
 
در خصوص روشهای مبتنی بر شبیه سازی، شیوههای متنوعی برای ارزیابی قابلیت اطمینان مطرح شده است که کمابیش به شبیه سازی مونت کارلو مرتبط است. در روش مونت کارلو محاسبات قابلیت اطمینان با استفاده از شبیه سازی پیاپی یک عمل واقعی با رفتار تصادفی در سیستم انجام میشود . در این روش به علت ماهیت تصادفی مسأله، تعداد وقوع خطا، زمان بین خطاها، مدت زمان بازیابی بار و …
 
می تواند از هر سطح یاتعدادی برخوردار باشد . ارزیابی مبنی بر این رو ش ها نیاز به صرف زمان زیادی دارد.[1]
 
هرکدام از این دو روش دارای مزایا و معایب خاص خود میباشند، به طور کلی اگر در سیستمی امکان استفاده از روشهای تحلیلی وجود داشته باشد، استفاده از این روشها به روشهای شبیه سازی ارجحیت دارد. البته باید توجه داشت که امکان استفاده از روشهای تحلیلی در یکسری از مسایل یا غیرممکن بوده و یا استفاده از آنها منجر به خطای زیادی خواهد شد، به عنوان مثال تجزیه و تحلیل سیستمی با تعداد زیاد واحدهای بادی یا خورشیدی میتواند از اینگونه موارد می باشد. در مطالعات قابلیت اطمینان در سیستمهای مهندسیعملاً بیشتر از روش های تحلیلی استفاده می شود . در این تحقیق نیز مطالعات مربوط به قابلیت اطمینان مبتنی بر روش تحلیلی مورد استفاده قرارگرفته است.
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

 
 
امروزه انرژی الکتریکی نقش عمده ای در زمینه های مختلف جوامع بشری ایفاد می کند و جزء لاینفک زندگی بشر امروزی است. تولید انرژی الکتریکی ، انتقال و توزیع آن سه بخش عمده یک سیستم انرژی الکتریکی بوده که متناسب با نام خود وظیفه تولید انتقال و توزیع انرژی الکتریکی را بعهده دارند . سرمایه گذاری برای یک سیستم توزیع تقریباً معادل سرمایه گذاری برای سیستم تولید می باشد و مجموع سرمایه گذاری درتولید وتوزیع حدود %80 کل سرمایه گذاری درسیستم برق را تشکیل می دهد. لذا می توان دریافت که سیستم توزیع نقش بسیار ارزنده ای در اقتصاد هر کشور بازی می کند و معرف سرمایه گذاریی می باشد که از نظر طرح سیستم ، برنامه ریزی، ساخت و بهره برداری بسیارحایز اهمیت است. سیستم توزیع وظیفه تأمین برق مشترکین را در محل های مصرف عهده دار است و پیچیدگی و گستردگی آن به مراتب از شبکه انتقال و فوق توزیع بیشتر است. با توجه به این پیچیدگی و گستردگی و ساختار شبکه های توزیع، روزانه اتفاقات متعددی سبب قطع برق مشترکین می شود. که این امر باعث
 
کاهش قابلیت اطمینان سیستم توزیع و انرژی فروخته شده از دید شرکت های برق می شود و از دید مصرف کنندگان و مخصوصاً مصرف کنندگان صنعتی کاهش تولید وخسارات وارده به وسایل الکتریکی را باعث می شود و بطور کلی نارضایتی مصرف کنندگان را بهمراه خواهد داشت.

 
به منظور کاهش آثار سوء قطعی برق و حوادثی که در شبکه توزیع رخ می دهد شبکه های توزیع به تجهیزات حفاظتی متعددی مجهز می باشند که هریک به طریقی موجب جداسازی بخش آسیب دیده و حفاظت بقیه شبکه می گردد.
 
عمده تجهیزات حفاظتی شبکه های توزیع عبارتند از:
 

• رله های اضافه جریان

• بازبستها(ریکلوزرها)

• سکسیونرها

• فیوزها

• رله های اتصال زمین رله های اضافه جریان : این نوع رله ها پرکارترین نوع حفاظت می باشند و با جریان های اضافی در یک

سیستم سروکار دارند. از این رله ها نباید به عنوان ابزاری برای حفاظت سیستم دربرابر اضافه بار استفاده کرد امارله انتخاب شده معمولاً با توجه به هر دو نوع خطای اضافه بار و جریان زیاد تنظیم می شود. بازبستها: بازبست یاکلید وصل مجدد ابزاری است که می تواند شرایط اضافه جریان در اتصال کوتاه تک فاز و فاز به زمین را آشکار و در صورت وجود جریان اضافه در مدار پس از یک زمان از پیش تعیین شده آنرا قطع و سپس بطور خودکار وصل مجدد انجام دهد تا خط بار دیگر در مدار قرار گیرد . اگر خطایی که در آغاز باعث عمل بازبست شده است همچنان وجود داشته باشد، آنگاه پس از تعداد معینی وصل مجدد رله ، مدار را همچنان در حالت قطع نگه می دارد و بخش آسیب دیده را از مدار جدا می کند. سکسیونرها : ابزاری هستندکه پس از عملکرد یک کلید یا بازبست که در بالا دست آن قرار دارد بخش آسیب دیده را از مدار جدا می کند.
 
فیوزها: یکی از ابزار حفاظت در برابر اضافه جریان می باشند در فیوزها عنصری وجود دارد که دراثر عبور جریان گرم می شود و در صورت بیشتر شدن آن از یک مقدار از پیش تعیین شده،کاملاً ذوب می شود. رله های اتصال زمین : که روی سیم زمین ترانس ها یا مراکز ستاره ترانسها نصب می شوند و نیز کار حفاظت شبکه های توزیع را بعهده دارند و در صورت عبورجریان خطا بیش ازحد تنظیم شده عمل می کنند. رله های عدم تعادل بار روی سیم زمین نصب می شوند تا در صورتی که نامتعادلی بار بیش ازحد تنظیم شده باشد. این عدم تعادل بواسطه جریان عبوری از سیم زمین ترانس زمین تشخیص داده شده و موجب عملکرد رله گردد.
 
همانگونه که ملاحظه می شود تقریباً تمام تجهیزات حفاظتی شبکه های توزیع اضافه جریان ها را کنترل می کنند که اکثر آنها ناشی از اتصال کوتاهها می باشند. در یک سیستم توزیع در حدود %75 حوادث، مربوط به اتصال کوتاههای تکفاز به زمین می باشند که با توجه به سطح ولتاژ شبکه های توزیع، ساختار فیدر، مقاومت زمین و مقاومت واسط بین هادی و زمین بین %30-%50آنها به کمک حفاظت های موجود قابل شناسایی نمی باشند.[1] این نوع اتصال کوتاهها که جریان خطاهای ناشی از آنها در حد جریان بار و
 
 
یا کمتر از آن می باشد به خطاهای امپدانس بالا معروف هستند و عمدتاً دراثر قطع هادی و برخورد آن با با مقاومت بالا و یا قرار گرفتن یک جسم با مقاومت زیاد بین هادی وزمین بوجود می آیند. دامنه جریان ناشی از خطاهای امپدانس بالا همانگونه که در شکل (1-1)نشان داده شده است ازحد آستانه تنظیمات رله های اضافه جریان و اتصال زمین پایین تر بوده و همین امر باعث عدم موفقیت حفاظت های موجود برای شناسایی آنها می شود.[2]
 
شکل(-(1-1 دامنه جریان خطای امپدانس بالا
 
علاوه بر مشکلاتی که خطاهای تکفاز برای شرکت برق و مصرف کننده ها به همراه دارند، این نوع خطا به واسطه برخورد هادی انرژی دار به سطح زمین و عدم تشخیص به موقع توسط رله های موجود می توانند برای عابرین خطراتی را به همراه داشته باشند. همچنین از آنجا که %95 این خطاها با جرقه همراه می باشند[3]، وقوع آنها می تواند باعث آتش سوزی و وارد آمدن خسارات فراوان به شبکه و مصرف کنندگان گردد.[4]
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

مهندسی توزیع یکی از شاخههای مهندسی قدرت میباشد وکارشناسان این بخش به تجزیه تحلیل بخشی از سیستم قدرت بنام بخش توزیع1 میپردازد. این بخش از سیستم قدرت، انرژی الکتریکی را پس از تولید در نیروگاهها در بخش تولید2 و انتقال از طریق خطوط انتقال3 ، در سطوح ولتاژ معینی دریافت و پس از تبدیل به سطوح ولتاژ مورد نیاز مصرف کنندگان، در اختیار آنها قرار می دهد. در این بخش ضمن بررسی آماری تلفات شبکههای قدرت و سهم شبکههای توزیع از کل تلفات به روشهای کاهش تلفات اشاره کرده ونهایتاً بازآرایی شبکه توزیع را به عنوان ابزاری کارآمد جهتکاهش تلفات معرفیخواهیم کرد.
 
میزان تلفات انرژی الکتریکی در شبکه قدرت ایران چهار برابر متوسط جهانی است و ارزش برقی که در خطوط انتقال دنیا به هدر میرود، سالانه حدود 61 میلیارد دلار برآورد میشود و به عبارتی هر سال در حدود 1225میلیارد کیلووات ساعت از انرژی الکتریکی مصرفی در دنیا معادل 8/8 درصد از انرژی الکتریکی مصرفی به دلیل تلفات به هدر میرود. میزان تلفات انرژی الکتریکی در شبکه انتقال و توزیع در مناطق وکشورهای مختلف بسیار متفاوت است که این امر متاثر از وجود اختلاف در سیاستهای ملی این کشورها در بخش صنعت برق است.

 براساس آمار رسمی موجود در پایگاه اطلاعاتی شرکت توانیر، در سال 1385 میزان 192196 گیگاوات ساعت برق در نیروگاههای کشور تولید شد که میزان تلفات انرژی در خطوط انتقال و توزیع ایران %20 از این مقدار میباشد. این در حالی است که بسیاری از کارشناسان میانگین تلفات برق در دنیا را شش الی هشت درصد بیان کردند، در حالی که در ایران این میزان بسیار بالاتر از حد معمول است و در برخی از نقاط کشور مانند خوزستان، میزان تلفات انرژی حدود %37 گزارش شده است. بنابراین میتوان گفت که تلفات انرژی الکتریکی در ایران چهار برابر دیگر نقاط جهان میباشد. همچنین براساس این آمار، %16/6 از میزان تلفات انرژی الکتریکی درشبکههای توزیع و %4 نیز مربوط به بخش انتقال است. به عبارتی هزینه این میزان تلفات انرژی برابر با هزینه ساخت یک نیروگاه 500 مگاواتی میباشد.[6] آمارها نشان میدهند که میانگین تلفات شبکه توزیع برق ایران بین % 6/42 مربوط به استان سمنان ، تا % 34/23 مربوط به شهرستان اهواز ، متغیر است و این یعنی از انرژی ورودی به منطقه خوزستان فقط % 60 آن در اختیار مشترکان قرار گرفته و بقیه تلف میشود. این در حالی است که بر اساس این آمار رسمی تلفات در کرهجنوبی % 5/7 و در تایلند %11 بوده است. با در نظر گرفتن متوسط سالانه پیک مصرف برق در سال 86 که نزدیک به 32 هزار مگاوات است، در صورت وجود 20 درصد تلفات انرژی برق در کشور بیش از شش هزار مگاوات از آن در ساعات اوج مصرف به هدر میرود. همچنین با توجه به آمار تلفات انرژی در سیستمهای انتقال و توزیع، ارزش کل این تلفات را میتوان

 
بیش از 61 میلیارد دلار تخمین زد که این حالت به نوبه خود باعث افزایش هزینههای تولید و در نتیجه قیمت نهایی برق مصرفی میشود.[6] این شرایط به ویژه در لحظات پیک بار شبکه از اهمیت بیشتری برخوردار است، چرا که در این لحظات تلفات سیستم انتقال و توزیع در بالاترین حد خود قرار خواهد داشت. این تلفات ناچار سیاستهای فعلی را به توسعه روزافزون اما غیرمنطقی شبکه سوق میدهد که در واقع این امر، ضمن افزایش میزان تلفات و پیری تجهیزات شبکه، منجر به تولید مقادیر فراوان آلایندههای زیست محیطی و معایب حاصل از آن میشود. پس باید فکری اساسی و علمی برای جلوگیری از اتلاف سرمایههای کشور به جهت این میزان تلفات انرژی اندیشیده شود.
 
برای کاهش تلفات در شبکه های توزیع روشهای مختلفی وجود دارد که در تحقیقات اخیر انجام شده در کشور کانادا، نسبتسود به هزینه هریک از روشهایموجود بدست آمده است. نتیجه این تحقیقات در جدول (1-1) ارائه شده است.
 
جدول -1- 1 نسبتهای سود به هزینه در روشهای مختلف کاهش تلفات[6]
 

 
با توجه به جدول((1-1 مشاهده می شود که دو روش مدیریت بار ترانسفورمرهای توزیع و بازآرایی بالاتریننسبت سود به هزینه را میدهند. مدیریت بار ترانسفورمرها با پیاده کردن اتوماسیون ایستگاههای توزیع به دست می آید. از طرفی با پیاده کردن اتوماسیون ایستگاههای توزیع امکان اعمال بازآرایی شبکه نیز فراهم میشود. بازآرایی شبکههای توزیع در دو سطح فشار متوسط و فشار ضعیف مطرح میباشد. واضح است که میتوان بازآرایی شبکههای توزیع در سطح فشار ضعیف را نیز به عنوان بخشی از مدیریت بار ترانسفورمر به حساب آورد.
 
 
مطالعه شبکه توزیع در بحث تلفات، بواسطه تمامی دلایل آماری موجود در این بخش به شدت حیاتی جلوه میکند و با توجه به شاخصهای موجود در بحث روشهای کاهش تلفات میتوان گفت که بازآرایی شبکه توزیع به عنوان ابزاری کارآمد در این رابطه نیازمند مطالعه دقیقتر برای دریافت جنبههای کاربردی در شبکههای توزیع خواهد بود.
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

 
با اینکه سعی و تلاش کلیه مسئولین شبکههای برقرسانی در کاهش تلفات میباشد، اما درصد قابل توجهی از توان و انرﮊی تولیدی نیروگاهها در حدفاصل تولید تا مصرف به هدر میرود که حدود ٨٠ درصد
 
این تلفات سهم خطوط انتقال و توزیع نیرو میباشد.
 
گرچه محاسبه تلفاتتوان و انرﮊی ظاهراﹰ کار سادهای به نظر می رسد اما در عمل تغییرات مقاومت و
 
جریان عبوری از هادیها باعث میشود که حتی استفاده از رابطه ساده R.I 2 که برای محاسبه تلفات توان بکار گرفته میشود به راحتی عملی

 نباشد چون در این رابطه R و I هر دو متغیر بوده و مضافاﹰ به اینکه مقاومت R ضمن اینکه به درجهحرارت محیط وابسته میباشد، به مقدارI نیز ارتباط دارد یا به عبارت دیگر

 
حتی اگر درجهحرارت محیط ثابت در نظر گرفته شود باز هم نوساناتI تغییراتR را در پی خواهد داشت، که این وابستگی باعث پیچیدگی محاسبه تلفات توان در خطوط انتقال و توزیع نیرو میگردد. محاسبه تلفات انرﮊی ضمن اینکه مشکلات مشابه تلفات توان را دارا میباشد به تغییرات جریان در طول شبانهروز، هفته،… نیز وابسته میباشد که در نتیجه بر مشکلات محاسبات افزوده میگردد، لذا لازم است از طریق مدلسازیهای مختلف نسبت به رفع این کاستیها اقدام نمود. ]١[
 
۱-۲ تلفات توان
 
تلفات توان یا قدرت در یک خط انتقال یا توزیع نیرو که مقاومت هادیهای هر فاز آنR و جریان عبوری از آنها I باشد، از طریق رابطه ساده زیر بدست میآید:
 
(١-١)                                                                                                                     PL = 3 R.I 2
 
مسلماﹰ در صورتی که مقادیر جریان و مقاومت هادیها در دست باشند محاسبه تلفات توان کار سادهای است، اما در عمل تغییرات شرایط محیطی سبب میشوند تا مقاومت هادیها نیز دچار تغییر شوند، لذا پرسشی که در اینجا مطرح میگردد این است که:
 
مقاومت هادیها باید برای چه درجهحرارتی محاسبه گردد؟
 
در خطوط انتقال و توزیع نیرو که درجهحرارت هادیها تحت تأثیر درجه حرارت محیط، تابش مستقیم خورشید و جریان الکتریکی عبوری از آن، تغییر میکند، تا حدودی نمیتوان به سادگی به این پرسش پاسخ داد، چون اگر درجهحرارت محیط و افزایش درجه هادیها تحت تابش مستقی م خورشید در دست باشد، محاسبه تأثیرگذاری جریان عبوری از هادیها در مقدار مقاومت آنها قدری مشکل است، بنابراین لازم است قبل از ارائه مدلهای مناسب جهت محاسبه تلفات توان و انرﮊی در خطوط انتقال و توزیع نیرو این
 
عوامل و تاثیر آنها در تلفات انرﮊی مورد بحث و بررسی قرار گیرد. ]٢[
 
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

:
 
در سیستم توزیع معمول , پستهای فوق توزیع از طریق شبکه فشار متوسط20kV پستهای فشار متوسط واقع در سطح منطقه را تغذیه میکنند. این پستهابا تبدیل سـطح ولتـاژ فـشار متوسـط بـه فـشار ضـعیف ، انرژی بـرق را بـا سـطح ولتـاژ قابـل اسـتفاده در اختیـار مـصرفکننـدههـا قـرار مـیدهنـد. در برخـی از مناطق, اغلب در حواشی شهرها و مناطق روستایی مستقیماً از سطح ولتاژ فشار متوسط استفاده شده و در نقاط بار ترانسهای 20 / 0/4 kV تعبیه و مصرفکنندگان تغذیه میشوند.
 
انتخاب سطح ولتاژ برای یک خط به پارامترهای مختلفی وابسته است که از جمله آنها میتوان بـه طـول فیدر ، قدرت انتقالی ، هزینه احداث ، تلفات ، حریم و غیره اشاره نمود. در صورتی کـه از سـطح ولتـاژ بالاتری استفاده شود ظرفیت آزاد اضافی در خطوط ایجاد خواهد شد. که در اینـصورت هزینـه اضـافی برای احداث ظرفیت آزاد خط پرداخت می شود. از طرفی اگر این سطح ولتاژ نـسبت بـه طـول فیـدر و قدرت انتقالی آن پایین تر از حد استاندارد انتخاب شودتلفات و افـت ولتـاژ بیـشتر و حتـی بـیش از حـد مجاز خواهد بود. که ارزشآتی تلفات احتمالاً بیشتر از هزینه احداث اضافی خواهد بود که باید صـرف احداث خط با سطح ولتاژ بالاتر میشد.
 

در طراحی سیستم توزیع پس از برآورد بار و تعیین مراکز چگـالی بـار ، عمـل جایـابی پـستهای 20kV
صورت میگیرد. پس از آن از طریق کابل زمینی یا خط هوایی فشارمتوسط این پستها تغذیه می شـوند.
 
که پس ازتبدیل یکباره سطح ولتاژ فشار متوسط به فشارضعیف انرژی برق دراختیار مصرف کننده گان قرار میگیرد.اما سوالی که اینجا مطرح میشود این است که اگرازیک سطح ولتاژ بین400V و 20 kV
 
استفاده شودچه اتفاقی میافتد. به عبارتی دیگر بـه جـای اینکـه از فیـدرهای 20kV بـا طـول نـسبتاً زیـاد استفاده شود از یک سطح ولتاژمیانی بین 400V و 20kV اسـتفاده کـرده و بـدین ترتیـب هزینـه شـبکه
 
20kV و همچنین طول آنرا کاهش داده و این سطح ولتاژ میانی تا نزدیکتـرین نقطـه بـه بارهـای انتهـایی منتقــل شــود در ایــن صــورت منــافع احتمــالی زیــادی خواهــد داشــت. زیــرا پــستهای زمینــی حــذف خواهندشدویاحداقل تعدادآن به نصف کاهش پیدا میکند. ازطرفی طول فیدرهای20kV نیـز کوتـاهتـر خواهندشد. از سوی دیگر چون ازشبکه هوایی فشارضعیف اغلب بـرای توزیـع اسـتفاده مـیشـود وایـن شبکه باشبکه توزیع فشارمیانی بطورمشترك برروی یک تیر احـداث خواهندشـد هزینـه احـداث شـبکه ولتاژمیانی کاهش می یابد. در مناطق خارج شهر یا مناطق روستایی و ویلایی که بارها در فواصـل نـسبتاً طولانی از یکدیگر قرار دارند. در سیستم توزیع فعلی همـانطور کـه در بـالا ذکـر شـد از خطـوط فـشار متوسط 20kV برای توزیع انرژی استفاده میشود.
 
هزینه احداث خط وپستهای 20kV زیاد وقابل توجه اسـت. مخصوصاًدرپـستهای هـوایی هزینـه تـرانس پست وابسته به سطح ولتاژ آن میباشد. درصورتیکه ازیک سطح ولتاژمیانی مناسب جهت توزیع انـرژی برق استفاده شودقطعاً هزینه احداث کاهش پیدا خواهدکردبا این فرض که خروجی پستهای فوق توزیع دارای چنین سطح ولتاژ میانی باشند. ازطرفی تلفات درخط, درصورتیکه ظرفیـت یاقـدرت توزیـع شـده بزرگ ویا فیدرطولانی باشد نسبت به شبکه فشار متوسط بیشترخواهد بود. در موارد خاص هزینه خط با سطح ولتاژ میانی علاوه بر تلفات بدلیل افزایش سطح مقطع هادی جهت داشتن ولتاژ مجاز دربارانتهـایی وهمچنین قدرت کششی قابل تحمل توسط تیرها وکنسولها هزینـه احـداث آن بیـشتراز هزینـه احـداث شبکـه فشارمتوسط می باشد. بنابراین لـزوم بررسی حالتهای مختلف ضـروریست. در سیستمهای توزیـع انرژی برق ایران مناطق توزیع انرژی را میتوان به دوقسمت تقسیم نمودکه عبارتند از :
 

• مناطق شهری
• مناطق روستایی و حومه

 
با توجه به دو طبقهبندی فوق ، محل و چگالی بارها , هر یک از شبکه های ولتاژ میانی باید برای هـر دو مورد متناسب با آن طراحی شود. که این کار به طور کامل و با جزئیات صورت گرفته و تلفـات و افـت ولتاژ وروابط مربوط به هر کدام جهت طراحی بهینه ارائه شدهانـد. در اسـتفاده از شـبکه ولتـاژ میـانی در مناطق شهری نکته بسیار مهم و اساسی وجود دارد که باید به آن پرداخته شود و آن نحـوه تبـدیل ولتـاژ فشار متوسط20kV به فشار میانی میباشد. در صورتیکه خروجی پستهای فوق توزیع دارای فیـدر ولتـاژ میانی باشد مشکل احداث پست زمینی و هوایی فشار متوسـط بـه فـشارمیانی بـرای فیـدرهای بـا طـول و قدرت انتقالی پایین حل خواهد شد. درصورتیکه طول فیدر طولانی و بارسنگین باشد. طوری که انتقـال آن با سطح ولتاژ میانی مقدور نباشد از سطح ولتاژ فشار متوسط استفاده می شود ودرنقـاط مختلـف نیـاز به پستهای هوایی فشار متوسط به میانی خواهد بود. در احداث پستهای هـوایی محـدودیتهـایی وجـود دارد ازجمله برای پستهای تا 400kVA میتوان به راحتی پست هوایی احداث و بهرهبـرداری نمـود.امـا برای ظرفیتهای500kVA و 630 kVA نیاز به مجوز بوده و احداث این پستها بـا مـشکل اجرایـی همـراه است.[2] این محدودیت در اجرای پـستهای هـوایی باعـث محـدود شـدن طـول فیـدرهای ولتـاژ میـانی خواهد شد. بنابراین در صورتی که ظرفیـت پـست بـالاتر از ایـن مقـدار باشـد یـا بایـد دو پـست هـوایی احداث یا اینکه پست زمینی بررسی شود. اما آنچه بدیهی به نظـر مـیرسـد احـداث پـست زمینـی فـشار متوسط به فشارمیانی و در ادامه احداث پستهای هوایی فشارمیانی به فشار ضـعیف, هزینـه بـیش از پـیش افزایش یافته و ارزش آتی هزینه اضافی را که برای احداث پستها پرداخت می شود بـیش ازارزش آتـی تلفات کاهش یافته خواهد بود. در این پروژهبا توجه به توضیحات ارائه شده در فوق آرایشهای مناسـب
 
برای خطوط ولتاژ میانی ارائه و همچنین سطح ولتاژ میانی مناسب با در نظـر گـرفتن نـوع منطقـه اعـم از شهری یا روستائی بودن آن انتخاب و روی یک شبکه نمونه واقعی پیادهسازی خواهد شد.
 
مسئله مهم دیگرحریم خطوط میباشد. شبکه ولتاژ میانی زمانی اقتصادیتر خواهد بود که از خط با سیم هوایی استفاده شود. زیرا در غیر اینصورت باید از کابل خود نگهدار و یا کابل زمینـی اسـتفاده شـودکه این خود در مواردی باعث غیر اقتصادی شدن طرح خواهد شد. بنابراین بررسی حریم خطـوط یکـی از مباحث این پروژه را تشکیل میدهد.
 
در این پروژه ابتدا به بررسی تلفات و افت ولتاژ در تجهیزات سیستم توزیع و رابطه افـت ولتـاژ و تلفـات آنها با سطح ولتاژکاری و همچنین مقایسه تلفات ترانس سه فاز و تکفاز برای قدرتهای مساوی پرداختـه شده است. سپس در ادامه تابع هزینه و روابط مربوطه جهت محاسبه ارزش آتی هزینـه تلفـات وسـرمایه گذاری ارائه می شوند. درفصل بعد انواع آرایشهای شبکه توزیع با ولتاژ میـانی ارائـه و از نظـر تلفـات و افت ولتاژ مورد بررسی قرار میگیرند. در فصل چهارم تجهیزات مربوط به شبکه ولتاژ میانی بحث شـده و درفصل پنجم انواع استانداردهای بینالمللی در مورد سطوح ولتاژ بررسی و با توجه به انوع آرایشهای خط, سطح ولتاژ میانی مناسب انتخاب شده است. در فصل ششم حریم خطوط برای شـبکه ولتـاژ میـانی تعریف و فواصل هادیها برای خطوط ولتاژمیانی ازیکدیگروتأسیـسات اطـراف آن بررسـی شـده اسـت.
 
در فصل هفتم شبکه نمونه با توجه به نوع شبکه ولتاژ میانی انتخاب و روی آن پیاده سازی شده و نتـایج بدست آمده بررسی و پیشنهادات لازم ارائه شده است.
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)