انواع تلفات انرژی الکتریکی در شبکه توزیع

تلفات انرژی الکتریکی در شبکه توزیع به دلایل مختلفی رخ می‌دهد و به طور مستقیم بر بازدهی و هزینه‌های سیستم تأثیر می‌گذارد. این تلفات به دو دسته اصلی فنی و غیر فنی تقسیم می‌شوند. تلفات فنی عمدتاً به دلیل مقاومت اجزای شبکه مانند هادی‌ها، ترانسفورماتورها و اتصالات ایجاد می‌شود و به صورت گرما تلف می‌شود. تلفات غیر فنی نیز شامل خطاهای اندازه‌گیری، سرقت انرژی و عوامل دیگری است که به صورت مستقیم به مشخصات فنی شبکه مرتبط نیستند. عواملی مانند کیفیت توان، بار نامتعادل، طراحی نامناسب شبکه و شرایط محیطی نیز می‌توانند بر میزان تلفات تأثیر بگذارند. در این مطلب قصد داریم به انواع این تلفات و راهکار های کاهش آن بپردازیم.

شبکه توزیع برق چیست؟

تامین برق سه مرحله دارد. تولید، انتقال و توزیع. این سیستم پیچیده شبکه نامیده می شود. ابتدا نیروگاه ها با مصرف یک انرژی اولیه، برق که فرم یک انرژی ثانویه است را تولید می کنند؛ منبع انرژی اولیه برای تولید از مکانی به مکان دیگر متفاوت است. سپس، یک ترانسفورماتور ولتاژ آن را برای انتقال افزایش می دهد.

خطوط انتقال اصلی، الکتریسیته را در فواصل طولانی با ولتاژ بالا حمل می کنند. یک ترانسفورماتور محلی نزدیک به مقصد نهایی ، ولتاژ را کاهش می دهد

توزیع زمانی آغاز می شود که کابل ها برق را از انتقال به مصرف کنندگان حمل می کنند؛ کابل ها و سیم ها از طریق تیرهای برق و تاسیات برقی زیر زمینی حرکت می کنند. خطوط توزیع نازک تر، برق را برای تامین برق خانه ها حمل می کنند. ترانسفورماتورهای کوچک روی تیرهای برق دوباره ولتاژ را کاهش می دهند و در نهایت برق به دست مصرف کننده ها میرسد. این تجهیزات و مدارک مورد نیاز آن جهت طراحی در طراحی تابلوهای MV/LVپرداخته و بررسی میشود. برای تابلو ها طراحی Wiring Diagramاین مدرک در مرحله طراحی سیستم برق تهیه شده و برای نمایش جزئیات سیم‌کشی سیستم برق مورد استفاده قرار می‌گیرد. این اطلاعات برای ساخت و راه‌اندازی تابلوهای برق مورد نیاز است.

تلفات سیستم توزیع برق هزینه دارد همچنین می توانند عواقب خطرناکی برای دستگاه های الکتریکی که در خانه به برق وصل هستند، داشته باشند.

تلفات برق در سیستم توزیع برق

برخی از تلفات برق در سیستم های توزیع برق اجتناب ناپذیر است، این موضوع در مراحل تولید و انتقال برق نیز صادق است. اما کارشناسان معتقدند، انرژی زیادی در سیستم های توزیع برق از دست می رود. این تلفات توزیع به دو دلیل رخ می دهد.

· تلفات فنی

· تلفات غیر فنی

در ادامه هر کدام از آنها را شرح میدهیم

تلفات فنی انرژی

تلفات فنی ناشی از انرژی تلف شده در هادی ها، تجهیزات مورد استفاده برای ترانسفورماتور، خط فرعی انتقال و خط توزیع و تلفات مغناطیسی در ترانسفورماتورها می باشد. تلفات فنی معمولاً 22 درصد از کل تلفات را شامل میشود و مستقیماً به مشخصات شبکه و نحوه عملکرد بستگی دارد.

بیشترین میزان تلفات فنی در یک سیستم قدرت در خطوط توزیع اولیه و ثانویه است. در حالی که خطوط انتقال و فرعی تنها حدود 30 درصد از کل تلفات فنی را تشکیل می دهند. بنابراین سیستم های توزیع اولیه و ثانویه باید به درستی برنامه ریزی شوند تا از محدودیت ها اطمینان حاصل شود.دو نوع تلفات انرژی فنی وجود دارد.

• تلفات ثابت
• تلفات متغیر

تلفات ثابت

تلفات ثابت همانطور که از نامشان پیداست تلفات ثابت و اجتناب ناپذیری هستند و فقط با تعمیرات شبکه و تجهیزات حل می شوند. این تلفات در ترانسفورماتورها، خطوط و کابل های شبکه توزیع برق و اغلب در خطوط اولیه و ثانویه ایجاد می شوند.

به عنوان مثال، ترانسفورماتورها در اثر نیروهای مغناطیسی انرژی خود را به صورت گرما و نویز از دست می دهند. خطوط انتقال در ولتاژهای بالا انرژی را به صورت تخلیه الکتریکی از دست می دهند که نشانه آن صدای خش خش یا ترک خوردن است که در نزدیکی هادی ها شنیده می شود. جریان ورودی کابل های شبکه نیز می تواند باعث تلفات ثابت شود، این تلفات زمانی که کابل ها بسیار طولانی هستند یا دارای برق با ولتاژ بالا هستند بیشتر است.

تلفات متغیر

تلفات متغیر بستگی به مقدار جریان الکتریسیته عبوری از طریق کابل ها دارد. این نوع تلفات به علت مقاومت الکتریکی شبکه در مقابل جریان عبوری ناشی می شوند. بنابراین، فعالیت مصرف کننده و مقدار نهایی مصرف، تلفات متغیر را تعیین می کند. هنگامی که شبکه به شدت بارگذاری می شود، تلفات سیستم به شدت افزایش می یابد و خسارت مالی قابل توجهی ایجاد می کند.

به طور کلی تلفات ثابت بیشتر از تلفات متغیر است. با این حال، بسته به مقدار مصرف انرژی میتواند این نسبت متغیر باشد.

برخی از منابع اصلی تلفات فنی عبارتند از:

1. تلفات اهمی هادی خط اولیه،

2. تلفات اهمی هادی خط ثانویه و سرویس،

3. تلفات بار و بدون بار ترانسفورماتور،

4. مدیریت ضعیف تیرهای چراغ برقی

تلفات انرژی غیر فنی

این نوع تلفات شامل تلفاتی است است که انرژی مصرف می شود اما به درستی ثبت نمی شود. ، تلفات انرژی غیر فنی می تواند به دلیل سرقت، منابع بدون اندازه گیری و حمل و نقل اتفاق بیفتد. سارقان ، کنتورها و سایر قسمت های شبکه توزیع را دستکاری می کنند تا از پزداخت هزینه آن فرار کنند.

منابع بدون اندازه گیری(UMS) شامل تجهیزات الکتریکی و روشنایی از جمله تیر های چراغ برقی، تابلوهای ایستگاه اتوبوس و همچنین تابلوهای تبلیغاتی میشود. مناطق اشتراکی در ساختمان های دولتی نیز ممکن است از UMS استفاده کنند. شرکت های آب و برق مصرف انرژی UMS را بررسی می کنند. با این حال، برآوردها و مصرف واقعی UMS متفاوت است و باعث ضرر غیر فنی می شود.

بصورت کلی ، تلفات غیرفنی بیشتر ناشی از تلفات فنی است، بنابراین می توان با سیاست گذاری موثرتر آن را به حداقل رساند. بیشتر تلفات برق در کشورهای در حال توسعه به دلیل تلفات غیرفنی است.

برخی از منابع تلفات غیرفنی عبارتند از:

1. سرقت برق

2. کمبود کنتور برق

3. قرائت نامناسب کنتور

4. صورتحساب اشتباه و کنتورهای فهرست نشده

5. اتصالات شل و سست

6. خطای محاسبه انرژی تحویل شده و فروخته شده

7. تلفات اتصالی مانند اتصال درختان با خطوط هوایی

راه های کاهش تلفات انرژی در شبکه توزیع

روش­های زیادی برای کاهش تلفات الکتریکی در شبکه­های توزیع وجود دارد برخی از عمده روش­های مورد استفاده در زیر ارائه شده‌اند.

• جلوگیری از سرقت برق
• بهبود اندازه گیری
• مکان یابی و اندازه ترانسفورماتورهای توزیع
• اندازه هادی
• جبران توان راکتیو
• ارتقاء ولتاژ
• استانداردسازی روشنایی خیابان
• تعادل بار و پیکربندی مجدد شبکه
• تصحیح اتصالات شل
• تعویض کابل های سرویس
• تولید پراکنده

از آنجایی که بیشترین تلفات الکتریکی در شبکه‌های توزیع رخ می‌دهد، روش‌های کاهش تلفات بر روی این شبکه‌ها تمرکز دارند.

در ادامه به چند مورد از مهم ترین این تلفات و روش های کاهش آنها میپردازیم:

کاهش تلفات ترانسفورماتور

تلفات ترانسفورماتور به دو روش مختلف ایجاد می شود، تلفات هسته (بدون بار) و تلفات مقاومتی (مس)

• تلفات هسته: تلفات هسته تلفاتی هستند که در اثر برق­رسانی به ترانسفورماتور ایجاد می­شوند. این تلفات با توجه به اندازه ترانسفورماتور و مواد مورد استفاده برای ساخت ترانسفورماتور متفاوت است. برای به حداقل رساندن تلفات هسته، تعیین ظرفیت مناسب ترانسفورماتور ضروری است. به عنوان مثال، هنگامی که یک مشتری صنعتی بزرگ با ماشین­آلات سنگین و تقاضای برق بالا از یک ساختمان بزرگ خارج می شود و یک انبار تنها با چراغ و چند ماشین اداری جایگزین آن می­شود. تلفات هسته ترانسفورماتورها می­تواند ازمصرف برق سالانه کسب و کار جدید فراتر رود چرا که ظرفیت موجود بسیار بالاتراز ظرفیت مورد نیاز واحد جدید است.
• تلفات مقاومتی: تلفات مقاومتی در درجه اول تابعی از جریان عبوری از ترانسفورماتور است که باعث افزایش دمای آن میشود.افزایش این تلفات با جریان بصورت نمایی اتفاق می افتد. به همین دلیل مهم است که ظرفیت یک ترانسفورماتور کوچک­تر از ظرفیت مورد نیازنباشد، در غیر این صورت با تلفات زیاد مقاومتی روبرو می­شویم. یکی از روش­های کاهش این تلفات این است که شرکت‌های برق، بانک‌هایی از سه یا چند ترانسفورماتور را در پست‌ها نصب کنند،در دوره­های کم باری یک یا چند ترانسفورماتور را قطع کنند (برای جلوگیری از تلفات بیش از حد هسته)، و سپس در دوره‌های پر تقاضا انها را روشن کنند (برای جلوگیری از تلفات مقاومتی)