روشهای مطالعه و بهبود تلفات

مبحث تلفات انرژی از مهمترین مقوله‌هایی است كه صنعت‌برق با آن مواجه است و توجه به كاهش آن ضرورتی اجتنا‌ب‌ناپذیر است. دركشورهای صنعتی از همان ابتدای شكل‌گیری این صنعت یعنی سال ۱۹۰۰ میلادی مبحث تلفات مورد توجه قرار گرفت و تاكنون تلاشهای زیادی در این زمینه صورت گرفته و با ابداع روشهای مختلف و بكارگیری آنها نتایج خوبی بدست آورده است. در كشور ما با توجه به اینكه این صنعت هنوز در زمینه كاهش تلفات تا حد مطلوب راه طولانی را در پیش دارد ضرورت توجه به این امر را متوجه مسوولان و محققان می‌سازد.
با توجه به اینكه اكثر روشهای معمول در دنیا با شرایط جغرافیایی و آب و هوایی ایران سازگار نبوده و نتایج آنها رضایتبخش نیست ضرورت تحقیق در این مورد با استفاده از منابع و اطلاعات داخلی و شرایط طبیعی ایران دوچندان می‌شود. در این مجموعه سعی شده با ارایه مطالب مذكور بر ضرورت توجه هر چه بیشتر به تحقیق در این زمینه صحه بگذاریم.
روشهای مطالعه و بهبود تلفات را باید به دو روش كوتاه مدت و بلند‌مدت تقسیم كرد.
در روشهای بلند‌مدت از نظر آماری و در روشهای كوتاه مدت بصورت فرمولی و عملی تلفات مورد بررسی قرار می‌گیرد و نهایتاً با استفاده از تلفیق این دو روش بهترین نتیجه حاصل می‌شود.
كاهش تلفات انرژی الكتریكی بكلی عبارت است از افزایش ظرفیت تولید و افزایش ظرفیت شبكه انتقال توزیع بدون آنكه در امرتولید سرمایه‌گذاری كرده باشیم. بعنوان مثال آماری را از نشریه آمارتفسیری صنعت‌برق ذكر می‌كنیم:
بر اساس آمار این نشریه كل تلفات در شبكه انتقال و توزیع ۷۶۰۱ میلیون كیلووات ساعت بیان شده است كه میزان ۹/۱۳ درصد كل تولید را بیان می‌كند. اگر مصارف داخلی نیروگاه را هم به آن اضافه كنیم به عدد ۵/۲۰ درصد می‌رسیم این اعداد مقدار متوسط است و تلفات در پیك به مقداری حدود ۳۰ درصد هم می‌رسد اما اگر همین ۹/۱۳ درصد را در نظر بگیریم ضرری كه از این جانب به صنعت‌برق كشور تحمیل می‌شود بالغ بر ۶۰۰ میلیارد ریال در سال است. این امر نشان می‌دهد كه هنوز تلفات با همه ابعادش شناخته شده نیست. بعنوان مثال تلفات چند كشور را در نظر می‌گیریم تا فاصله ما با بقیه كشورها مشخص شود.
در سال ۱۳۶۰ تلفات شبكه توزیع ایران ۴/۱۵ درصد در ژاپن ۸/۵ درصد، كره جنوبی ۷/۶ درصد در فرانسه ۹ درصد در هندوستان ۵/۲۰ درصد بوده است در سال ۱۳۶۵ این آمار به نحو زیر است:
در ایران ۶/۱۲ درصد در ژاپن ۷/۵ درصد در كره جنوبی ۵/۶ درصد در فرانسه ۸ درصد در پاكستان ۰۹/۲۴ درصد در آلمان ۴ درصد در چین ۲/۸ درصد و هندوستان ۲۱ درصد بوده است بنابراین ما باید تلاش كنیم مقدار تلفات را به مرز عملی حداقل ۵ درصد برسانیم.
نكته‌ای كه باید متذكر شویم این است كه ازاین اعداد مقداری حدود دو سوم تلفات در شبكه توزیع است بنابراین بصورتی اجتناب‌ناپذیر باید اهم انرژی خود را صرف كاهش تلفات در شبكه توزیع كنیم و علل اساسی تلفات را ریشه‌یابی كنیم.
در عمل مدلهای موجودی كه در دنیا ارایه شده بدلیل تفاوت اقلیمی و آ‌ب و هوایی كشور ما با كشورهایی كه تحقیقاتی در آنها انجام شده كاملاً با واقعیت منطبق نیست و باید تحقیقات كاملی در این زمینه ارایه شود. طبق گزارشی كه كمیته تحقیقات وزارت نیرو ارایه كرده است نتایج
Lood flow با واقعیت منطبق نیست یا در مناطقی كه كویری است عواملی است كه باعث ازدیاد تلفات كرونا می‌شود
بنابراین باید آزمایشات انجام گرفته در ایران با شرایط حاكم مطابق باشد تا به واقعیت نزدیك شویم. مساله دیگری كه مطرح است مدیریت مصرف است. با مدیریت صحیح مصرف می‌توان به میزان قابل ملاحظه‌ای تلفات را كم كرد و توان مصرفی را آزاد كرد.
بنابراین مدیریت مصرف و كاهش تلفات بصورت تنگاتنگی به هم مربوط هستند متذكر شویم مقدار تلفات شبكه توزیع حدود دو سوم كل تلفات است این مقدار چیزی حدود ۱۰ تا ۱۱ درصد و از لحاظ توان پیك حدود ۱۴- ۱۵ درصد است.
بطور كلی این مقدار تلفات محصول علل مختلفی می تواند باشد كه آنها را می‌توان بطور اجمالی در غیرمهندسی بودن ارقام نجومی بالغ برچند صدهزار كیلومتری شبكه‌های فشار متوسط و فشار ضعیف و بار نامتناسب با شبكه یعنی بطور كلی عدم توجه به استاندارد و كیفیت برق تحویلی به مشتركان كه فی‌المثل بایدهمراه با افت ولتاژ مجاز و با حداقل قطع برق در مواقع بروز حادثه در شبكه توزیع نیرو باشد دانست.
●در مورد علل بروز تلفات می‌توان به موارد زیر اشاره كرد:
• انتخاب غیربهینه محل پستهای ۲۰kv كیلوولت، عدم تعادل بار فیمابین ترانسفورماتورهای مختلف توزیع
• پایین بودن ضریب قدرت بارهای عبوری از المانهای شبكه
• كاربرد وسیع سیمهای مقطع پایین بویژه در شبكه فشار ضعیف
• نداشتن طرح جامع توسعه شبكه
• عدم هماهنگی بین عرضه و تقاضا
• تسلط فرهنگ استادكاری در شبكه توزیع
• عدم اعمال جدی مدیریت بار
• برق‌های غیرمجاز
نصب برقگیرهای نامناسب در پست (برقگیرهای شاخكی پس از ایجاد جرقه دیگر مسیر جرقه بسته شده و باز نخواهد شد و یك مسیر دائمی جریان بوجود می‌آید و برای قطع این جریان حتماً‌باید پست را بی‌برق كنیم) كه این خود خسارتهایی را بدنبال خواهد داشت. علاوه بر شناخت و اهتمام به مسائل ذكر شده كه از علل بروز تلفات هستند باید برنامه‌های كوتاه مدت و بلند‌مدتی را هم مدنظر قرار داد. از جمله اقدامات كوتاه‌مدت موارد زیر است:
- ایجاد تقارن هر چه بیشتر در بار فازهای كلید كابلها و خطوط هوایی ۲۲۰ ولتی توزیع نیرو با جابجایی لازم انشعابات مشتركان از روی فازهای پربارتر بر روی فازهای كم بارتر.
- استفاده از ترانسفورماتورهای با نسبت تبدیل برابر و مشخصات ترانسهای برابر
- یافتن نقاط ژرف الكتریكی و شارتل‌گذاری درآن نقاط نصب خازنهای كوچك ۵ تا ۲۰ كیلوواری در انتهای خطوط فشار ضعیف دارای افت ولتاژ زیاد.
- روشهای فوق احتیاج به سرمایه‌گذاری كمی از نظر تجهیزات دارد و عمدتاً به نیروی انسانی وابسته است با انجام كارهای فوق حدود ۲ تا ۳ درصد كاهش تلفات خواهیم داشت كه از نظر توان حداقل معادل ۵۰۰ مگاوات آزادسازی ظرفیت خطوط و تولید است در مرحله بعدی باید به اقدامات بلندمدت توجه كرد كه اهم آنها به قرار زیر است:
- پیش‌بینی چگالی بار
- تهیه نقشه‌های وضع موجود شبكه فشار متوسط و ضعیف
- برقراری روش و گردش كار منظم آمارگیری
- تهیه و تصویب فلسفه سیستم توزیع
- ارتقاء سطح علمی كادر پرسنلی توزیع نیرو
- تكمیل استانداردهای مهندسی و كاربردی شبكه‌های توزیع نیرو
- ارتقاء سطح ضریب قدرت مصارف خانگی و تجاری كه با توجه به بالا بودن درصد مصرف تجاری و خانگی در ایران و پایین بودن ضریب قدرت در این نوع مصارف رقم قابل توجهی خواهد بود.
- تامین اعتبارات ارزی و ریالی به حد كفایت
- مدیریت بار و مصرف
●حال به یكی از انوع تلفات ناشی از كرونا می‌پردازیم:
با بررسی‌هایی كه انجام شده است معلوم شده كه تلفات كرونا در خطوط انتقال ایران ۵/۱۷ مگاوات است كه در هوای بارانی این تلفات به مراتب افزایش می‌یابد و ممكن است این تلفات در سطح شبكه كشور به ۳۰۰ مگاوات هم برسد البته تلفات كرونا به شرایط جوی از قبیل درجه حرارت هم وابسته است این تلفات در خطوط توزیع هم وجود دارد كه عمدتاً خط توزیع ۲۰ كیلوولت است. برای بررسی تلفات كرونا تاریخچه محاسبه این نوع تلفات را متذكر می‌شویم:
در سال ۱۹۱۱ پروفسور پیك از نتایج آزمایشگاهی روی خطوط تلفات كرونا را بصورت نقاط بسیار پراكنده بدست آورد به دلیل پراكندگی زیاد curve fitting مناسبی بدست نیامد ولی به هر حال فرمولی ارایه كردند در سال ۱۹۲۷ اقای پیترسون و در سال ۱۹۸۰، EPRI هر كدام فرمولی ارایه كردند. در همه موارد فوق بدلیل پراكندگی زیاد نقاط بدست آمده امكان بدست آوردن تابعی دقیق از منحنی مقدور نبود.
آنچه كه ما باید انجام دهیم و بهترین روش برای بدست آوردن تلفات كرونا است استفاده از روش شبكه‌های عصبی برای تعیین این تلفات است. چون شبكه عصبی تابع خاصی را نشان نمی‌دهد و برای ارتباط پراكنده بهم و بعبارت دیگر برای
curve fitting به ما جواب می‌دهد. برای این كار باید روی دكل‌ها ایستگاه‌های اندازه‌گیری ایجاد كنند تا به این ترتیب تلفات كرونا اندازه‌گیری شود تا در نهایت به جوابهای دقیقی برسیم چرا كه استفاده از فرمولهای معمولی به دلیل پایین بودن دقت در خروجی برنامه شبكه عصبی تاثیر داشته و آنرا دچار خطا می‌كند.
(در مورد شبكه عصبی باید بگوییم كه وقتی روی دكل‌ها از دستگاه‌های اندازه‌گیری استفاده كنیم در حقیقت یك شبكه كامل اندازه‌گیری یا در حقیقت شبكه‌ای از اعصاب را بوجود آورده‌ایم كه این اعصاب حس‌كننده میزان تلفات كرونا هستند و اطلاعات لازم را به مركز شبكه كه همان مركز تجزیه و تحلیل اطلاعات است می‌فرستند.)
نكته مهمی كه در اینجا باید متذكر شد این است كه هر چند تلفات كرونا در مقایسه باتلفات ژولی خیلی كم است ولی در ساعات پیك بار تاثیر مهمی در سطح كاری دارد و لذا در طراحی خطوط سعی می‌شود كه همزمان بودن پدیده كرونا با بار پیك مدنظر قرار گیرد.موارد دیگر تلفات شامل تلفات ژولی یا اهمی و تلفات در پست‌های تبدیل و ... است ولی چون بیشترین تلفات در شبكه توزیع است اهم كوشش را روی این مبحث متمركز می‌كنیم:
در بررسی تلفات خطوط توزیع یك سری عوامل فنی و غیرفنی دخالت دارند كه علاوه بر مواردی كه در صفحه ۲ به آنها پرداخته‌ شد موارد زیر را نیز می‌توان به آنها اضافه كرد:
از عوامل غیرفنی می‌توان به موارد دیگر زیر اشاره كرد:
- عدم نصب كنتورهای روشنایی معابر
- عدم كنترل و نظارت بر كنتورهای منصوبه
- عدم نصب كنتور مصارف شركتها و منازل سازمانی آنان
عوامل فنی كه به آنها اشاره نشده هم به مواردزیر می‌توان اشاره كرد:
عدم استفاده از ترانسفورماتورهای با قدرت مناسب درشبكه‌های توزیع با توجه به اینكه می‌دانیم حداكثر راندمان یك ترانسفورماتور در ۷۰ درصد بار نامی آن است و بنابراین باید سعی كنیم همیشه مقدار بار ترانس حوالی ۷۰ درصد بار نامی باشد و یا میانگین بار ترانس درحدود ۷۰ درصد با بهره‌برداری صحیح‌تر و تلفات كمتر باشد.
●توزیع یكفازه فشار ضعیف در شهرها و روستاها:
عدم تعادل بار فازها در شبكه فشار ضعیف و برقدار شدن سیستم نول شبكه كه به تبع آن ضمن كاهش راندمان ترانس قسمتی از انرژی نیز توسط نول تلف می‌شود.
فرسودگی شبكه و مواد دیگر....
بنابراین راههای كاهش تلفات بصورت زیر پیشنهاد می‌شود:
۱- ایجاد تعادل و تعدیل بار كابلها و خطوط فشار متوسط و فشار ضعیف (اعمال مدیریت كنترل بار)
۲- كاهش طول كابلها و خطوط و افزایش سطح مقطع آنها (البته باید مبحث اقتصاد مهندسی نیز در نظر گرفته شود)
۳- ایجاد شبكه‌های توزیع بر اساس محاسبات مهندسی
۴- دقت عمل مصالح و اصلاح تا حد استاندارد در لوازم اندازه‌گیری
۵- جمع‌آوری و جلوگیری از برق‌های غیرمجاز
۶- تعمیرات اساسی زمان‌بندی شده
۷- احداث شبكه‌های فشار ضعیف بصورت سه‌فاز (احداث شبكه بصورت پنج سیمه ضمناً مقطع نول و فاز یكسان باشد)
۸- بالانس كردن شبكه‌ها (تعادل بار فازها)
۹- استاندارد كردن كابلهای ورودی و خروجی مطابق با ظرفیت ترانسفورماتورها و بار آنها
۱۰- نصب ترانسفورماتور در مركز ثقل بار
۱۱- شاخه بری درختان بمنظور جلوگیری از برخورد شاخه‌های درختان با شبكه‌های فشار متوسط و فشار ضعیف
۱۲- كامل كردن ارت در شبكه‌ها
۱۳- تست كردن روغن ترانسها
۱۴- سرویس منظم و شستشوی شبكه‌های آلوده ورفع فرسودگی‌ها و خوردگی‌های شبكه
۱۵- استفاده بهینه از ظرفیت ترانسفورماتور‌ها در حدود ۱۷ درصد بار نامی آنها
۱۶- بكارگیری خطوط باندل در كاهش تلفات بخصوص در مناطق گرمسیر
۱۷- رعایت اصول فنی در هنگام برقراری اتصالات الكتریكی
۱۸- سیم‌كشی داخلی به مشتركان تحت ضوابط و مطابق با استاندارد
۱۹- نصب خازن در محلهای مناسب
لذا چنانچه وضع بهره‌برداری از شبكه‌های توزیع به همین منوال ادامه یابد و به عواملی از قبیل عدم بالانس خطوط، وجود خطوط طولانی، تداخل شاخه درختان با شبكه‌های برق، خطای زیاد در لوازم اندازه‌گیری بعلت نامناسب بودن محل نصب آنها، عدم رسیدگی و تعمیر و نگهداری به موقع از شبكه‌ها، عدم تناسب قدرت ترانسفورماتورهای منصوبه با بار مصرفی و ... توجه نشود تلفات بخش توزیع رو به فزونی خواهد بود و طولی نخواهد كشید كه شبكه‌های جدید هم مستهلك و پرهزینه خواهد شد.
لذا باید بطور جدی و پیگیر رسیدگی به شبكه‌های توزیع مورد توجه قرار گیرد. مناسب‌ترین روش برای جلوگیری از استهلاك شبكه‌های توزیع و كاهش تلفات،‌تهیه و اجرای یك برنامه منظم و مشخص بهره‌برداری و تعمیر و نگهداری است.
یك قسمت از تلفات در فیدرهای ۲۰ كیلوولت است برای محاسبه این تلفات می‌توان در یك روز بخصوص تمام كنتورهای منصوبه روی ترانسفورماتورهای فیدر را قرائت كرد سپس در یك دوره مشخص با قطع فیدر مزبور دوباره قرائت كنتور ترانسفورماتورها و ابتدای فیدر را انجام داد برای جایی كه تعداد فیدرها زیاد است می‌توان از روش كامپیوتری استفاده كرد، به این ترتیب كه برای هر فیدر نقاط مصرف را گره در نظر می‌گیریم و اطلاعات از قبیل شماره‌ گره ابتدا، شماره گره انتها، فاصله دو گره متوالی، نوع و سطح مقطع سیم یا كابل بین دو گره، نوع گره (تی‌اف یا ترانس) بار ترانس، ظرفیت ترانس، ظرفیت خازن یا اتوبوستر (در صورت وجود انواع مصرف كشاورزی، عمومی، صنعتی، تجاری) و ضریب قدرت را جمع‌آوری كرد.
با مشخص كردن آمار فوق تنهابار ترانس است كه دقیقاً مشخص نبوده و همواره در حال تغییر است. برای بدست آوردن این داده‌ها از روش اندازه‌گیری مستقیم و پیوسته و یا با توجه به بار پیك و نوع مصرف و ضریب بار می‌توان استفاده كرد و ضریب قدرت را هم بر حسب نوع مصرف حدس زد و اطلاعات را كامل كرد. برای محاسبه تلفات در شبكه فشار ضعیف نیز لازم است هر ترانس یك فایل ایجاد كرده و مانند روش فوق را بدست آورد. با این اقدامات می‌توان فیدرها و پستهایی را كه دارای تلفات بالایی هستند شناسایی كرده و با نصب خازن و اصلاح شبكه تلفات را تقلیل دهیم.
بنابراین اشكالاتی كه در محاسبه تلفات بوجود می‌آمد مثل عدم قرائت همزمان كنتورها از بین می‌رود اما در زمینه خطای كنتورها و برنامه پخش بار كه برای اجرا نیاز به داشتن مقادیر همزمان MW,MVAR بار دارد، این خطا را با استفاده از كنتورهای با كیفیت بالا و روش‌های صحیح اندازه‌گیری كاهش داد همچنین آموزش صحیح و مهارت اپراتورها باعث كاهش تلفات خواهد شد. كنترل و اصلاح ولتاژ و استفاده از جبران‌كننده‌ میزان تلفات را كاهش می‌دهد.
نكته‌ای كه در مورد خطای اندازه‌گیری كنتورها باید متذكر شویم خطای ضریب كنتور است. در تحویل كنتور به مشتركان شركت برق از كنتورهای ۱۵A برای تحویل اشتراك ۲۵A استفاده می‌كند كه با توجه به اینكه این كنتور مثلاً برای جبران ۱۵A طراحی شده است و با توجه به اینكه اینگونه نصب بدلیل داشتن ضریب ۴ كنتور مثلاً برای مصارف خانگی است باعث ایجاد خطا در اندازه‌گیری خواهد شد و این مطلب باید همواره مدنظر قرار گیرد. همچنین باید خطای وجود گردو غبار و كثیفی كنتور كه می‌تواند خطای مثبت یا منفی ایجاد كنند نیز مدنظر قرار گیرد.
یكی از عوامل تلفات در شبكه توزیع عدم تقارن بار است كه قبلاً به آن اشاره شده است لیكن این مطلب از آن جهت حائز اهمیت است كه بصورت‌های زیر موجب تلفات می‌شود:
الف- عبور جریان اضافی از سیم نول و افزایش تلفات بصورت RI۲
ب- ایجاد جریانهای صفر و منفی در شبكه
بر اثر ایجاد جریانهای صفر و منفی تلفات در موتورها و ژنراتورها افزایش یافته و ترانسها به اشباع نزدیكتر می‌شوند. كه این خود سبب افزایش تلفات و كاهش ظرفیت باردهی آنها می‌شود. روش‌هایی كه می‌توان در ضمیمه كاهش تلفات ناشی از عدم تقارن بار پیشنهاد كرد عبارتند از:
الف- استفاده از سیم‌های با مقطع بالاتر در سیم نول در جاهایی كه عدم تقارن بار زیاد و غیرقابل كنترل است.
ب- آموزش سیمبانها و كارگران شركت برق و ملزم كردن آنها به تقسیم‌بندی مناسب مشتركان روی فازهای شبكه فشار ضعیف
ج- متعادل كردن شبكه از دید ترانسهای توزیع (استفاده از جبران‌كننده‌های سلفی و خازنی و ....)از موارد دیگری كه در كاهش تلفات موثر است به تغییر استانداردهای معماری و شهرسازی با نظارت درانشعاب تكنولوژی و غیره است. همچنین استفاده از لامپهای كم‌مصرف باعث صرفه‌جویی زیادی در مصرف انرژی می‌شود كه مصرف كمتر یعنی بار كمتر و در نتیجه تلفات كمتری را بهمراه دارد.
از جمله عوامل تشدید تلفات علاوه بر موارد ذكر شده قبلی موارد زیر نیز مطرح می‌شود:
- بكار بردن كلمپهای آلیاژ آهن در خطوط ۲۰ كیلوولت روستایی و تلفات بیشتر نسبت به كلمپهای آلومینیومی بدلیل ایجاد جریانهای هیسترزیس و فوكو.
- استفاده از شبكه‌های شعاعی بجای شبكه‌های به هم پیوسته فشار ضعیف و متوسط
- نداشتن ایمان و انگیزه كاری بعضی از كاركنان و عدم امكان نظارت و كنترل آنها

مهندس ساسان صفریان

منبع : ماهنامه صنعت برق