مقدمه

نيروي برق در چهارم سپتامبر 1882 براي اولين بار در خيابان پرل1 در شهر نيويورك براي مصرف روشنايي استفاده شد. چند ژنراتورDC با توان مجموع 30 كيلووات و ولتاژ 110 ولت بكار گرفته شده بودن تا بتوانند نياز مصرفي 59 مصرف كننده را در مساحتي در حدود يك كيلومتر مربع برآورده سازند.

با گسترش سيستمهاي DC سه سيمه با ولتاژ 220 ولت و افزايش بار و طول خطوط مشكلاتي از قبيل تلفات و افت ولتاژ پيش آمد كه منجر به ساخت ترانسفورماتور توسط ويليام استنلي2 در مقياس تجاري در سال 1885 گرديد. با ساخت ترانسفورماتور قابليت انتقال انرژي با ولتاژ بالا و تلفات كم به وجود آمد و سيستمهاي AC جايگزين سيستمهاي Dc شدند. اولين خط AC تكفاز در سال 1889 در ارگن3 با ولتاژ كيلو ولت و طول 21كيلومتر مابين ارگن و پورتلند4 كشيده شد.[12]

صنعت برق ايران نيز از سال 1283 شمسي با برهره برداري از يك ژنراتور 400 كيلووات كه توسط حاج امين الضرب نصب و راه اندازي گرديد، آغاز شد.[1] مسير اولين شبكه در تهران از خيابانهاي لاله زار، ارك، سعدي و ناصرخسرو مي گذشت. محل مولد در خيابان چراغ برق در كوچه امين قرارداشت و بوسيله بخار با حركت نوساني كارمي كرد. ولتاژ مولد 400 ولت و فركانس آن 50 هرتز بود. شبكه آن در خيابانهاي  اصلي سه فاز با تيرهاي چوبي بلند و مقره هاي شترگلو و در كوچه هاي فرعي از يك فاز و نول تشكيل شده بود.

بعدها به علت توسعه و نداشتن ولتاژ واسط مولدهايي در اطراف ميدان شاه،خيابان فرهنگ، چهر راه سيدعلي و ميدان محمديه با سيستم جريان مستقيم داير گرديد.

طرز داير كردن انشعاب به اين ترتيب بود كه در خيابانهاي اصلي سيم را قلاب كرده و برروي شبكه مي انداختندو در كوچه هاي فرعي كه فاصله خط از زمين كمتر بود سيم را به خط وصل مي كردند.

با افزايش تقضا، دو واحد 500كيلوواتي در خيابان لاله زار نو نصب گرديد كه براي برق رساني از يك شبكه واسط 6 كيلوولتي استفاده مي كرد.اين شبكه در حدود 6هزار مشترك داشت.

پس از تشكيل اداره برق و بالاخره بنگاه مستقل برق تهران اين شبكه جمع شد و شبكه جديد جايگزين گرديد. شبكه جديد داراي يك مركز توليد نيرو در ميدان ژاله، شبكه واسط 6 كيلوولتي و 18 پست ترانسفورماتور بود.

كمبود برق، نبودن شبكه توزيع مناسب، گسترش شهر تهران و افزايش روز افزون تعداد متقاضيان برق باعث شد تا شركتهاي خصوصي اقدام به نصب مولد و توزيع انرژي برق كنند بطوريكه در مدت كوتاهي تعداد اين شركتهاي خصوصي به 34 شركت با 168 هزار مشترك رسيد. در اين فاصله شركت برق تهران با بهرهبرداري از نيروگاه آلستوم و توسعه شبكه فشار ضعيف با كابلهاي روغني تا سال 1342 تعداد مشتركين خود را به 128 هزار رسانيد. با تشكيل وزارت آب و برق در اسفند 1341 و ضميمه شدن شركت برق تهران به اين وزارتخانه و بالاخره با تصويب قانون ملي شدن صنعت برق، همه شركتهاي برق زير نظر اين وزارتخانه قرار گرفتند و وضعيت برق تا حدود زيادي از نابساماني رها گرديد.

وجود شبكه هاي شركتهاي خصوصي و شبكه دولتي در كنار هم در خيابانهاي تهران مشكلاتي از نظر توسعه، تعمير،نگهداري و تامين برق مشتركين به وجود آورده بود. براي همين شركت برق تهران تمامي مشتركين 34 شركت خصوصي را تحويل گرفت.

به تدريج با افزايش بار مصرفي پستهاي 6 كيلوولتي جاي خود را به پستهاي 20 كيلوولتي دادند بطوريكه تا سال 1351 تعداد بسيار كمي از اين پستها باقي مانده بود. در حال حاضر پستهاي 6كيلوولتي به طور كامل برچيده شده و كليه پستهاي موجود پستهاي 20 كيلوولتي مي باشند.

تعداد پستهاي 20 كيلوولتي در تهران تا سال 1342 بالغ بر 471 دستگاه بوده كه در سال 1350 به 3600 دستگاه رسيد.[2]

همچنين طرح و اجراي خطوط 63 كيلوولت و به دنبال آن 132 كيلوولت و احداث پستهاي مربوطه توسط شركت برق انجام گرفت. تا سال 1344 پستهاي 230 كيلو ولت نيز در كشور به بهره برداري رسيدند. در سال 1348 تعداد پستهاي 132/230 كيلوولت 20 دستگاه، تعداد پستهاي 63/132 كيلوولت 27 دستگاه وتعداد پستهاي 30/63كيلوولت 78 دستگاه بوده است.[3]

در سال 1350 شبكه رينگ 230 كيلوولت تهران توسط شركت برق تهران نصب و راه اندازي شد كه در حال حاضر نيز مورد بهره برداري است.[2]

درسال 1356 اولين پستهاي 400 كيلوولت در كشور با ظرفيت 400 مگاولت آمپر نصب و راه اندازي گرديدند.

با پيروزي انقلاب اسلامي، صنعت برق كشور و شبكه انتقال و فوق توزيع با سرعتي بيش از پيش به پيشرفت خود ادامه داد بطوريكه در مدت 10 سال (1357تا1367)ظرفيت شبكه هاي 400 و 230 كيلوولت به ترتيب 12و9 برابر گرديد.[3]

در سال 1380 تعداد پستهاي 230/400 كيلوولت 98 دستگاه و تعداد پستهاي 132/230 كيلوولت 438 دستگاه بود.[4]

در سي سال اخير متوسط رشد جهاني برق در حدود 3 درصد و در ايران حدود 10 درصد بوده است كه اين مطلب نشانگر رشد قابل ملاحظه صنعت برق ايران مي باشد.[19]

در زمان حاضر صنعت برق ايران به چنان مرتبه اي رسيده است كه بيش از 15 ميليون مشترك در بخشهاي مختلف صنعت و كشاورزي، تجاري ، خانگي و ... دارد و تا پايان برنامه سوم توسعه سالانه 800هزار مشترك جديد به مشتركان قبلي افزوده خواهند شد بطوريكه نياز مصرف كننده ها در سال 81 در حدود 25 هزار مگاوات بوده است كه 31% از اين مقدار به صنايع اختصاص دارد.[8]

با توجه به اينكه ايران كشوري در حال توسعه مي باشد اين نياز روزافزون همچنان ادامه خواهد داشت. لازمه تامين اين نياز گسترش شبكه و به تبع آن افزايش تعداد و ظرفيت نيروگاهها،خطوط انتقال وپستهاست. از آنجا كه پستهاي 230/400 همواره در شبكه قدرت نقش مهمي دارند و قابليت اطمينان اين پستها تاثير زيادي در قابليت اطمينان شبكه و پايداري آن دارد مهمترين و حساسترين پستها به شمار مي روند و همين امر اهميت كارهاي تحقيقاتي در اين زمينه را بيش از پيش آشكار مي سازد.

در اين پروژه سعي بر آن بوده است كه موضوع طراحي پستهاي فشار قوي و بهينگي آن تا حد امكان مطرح گردد. مطالبي كه در اين پروژه عنوان شده اند به ترتيب فصول به شرح زير مي باشند:

فصل اول، مقدمه، شامل تاريخچه مختصري از صنعت برق ايران و سير تحول پستها از آغاز تاكنون مي باشد. كلمات و اصطلاحات بكار رفته در اين پروژه نيز در آخر اين فصل تعريف شده اند.

فصل دوم، اصول طراحي پستهاي فشار قوي را مطرح مي سازد. در اين فصل مراحل طراحي پست و انواع طراحيها ذكر شده اند و درباره معيارهاي طراحي بهينه و تاثير آنها بر طراحي پست بحث شده است.

فصل سوم، اختصاص به معرفي انواع پستها دارد. پستها از نقطه نظرات مختلفي مي توانند تقسيم بندي شوند. در اين فصل، ابتاد بطور مختصر انواع پستها از نظر سطح ولتاژ، نحوه نصب و وظيفه اي كه در شبكه بر عهده دارند، توضيح داده شده اند و سپس بحث مفصل تري درباره انواع پستها از نظر آرايش شينه بندي، مزايا و معايب هر كدام و انتخاب آرايش شينه بندي بهينه مطرح شده است.

در فصل چهارم درباره عوامل موثر در انتخاب محل پست و همچنين درباره آرايش فيزيكي تجهيزات بحث شده است. قسمت آرايش فيزيكي تجهيزات پست شامل مطالبي راجع به تعيين فواصل اطمينان ، طرحهاي مختلف جانمايي، ترتيب و نحوه نصب تجهيزات ونيز نكاتي درباره ساختمان كنترل و رله مي باشد.

در فصل پنجم درباره برخي از تجهيزات پست و انتخاب بهينه آنها بحث شده است. انتخاب ترانسفورماتورهاي موجود در پست(قدرت،جريان،ولتاژ و زمين –كمكي) و كليدها(دژنكتورها، سكسيونرهاو تيغه هاي زمين ) مطالب اين بخش را تشكيل مي دهند.

در فصل ششم به سيستم هاي حفاظتي موجود در پستهاي فشارقوي مي پردازيم.نكاتي درباره طراحي سيستم زمين، معرفي برقگيرها و نحوه استفاده از برقگيرها و سيمهاي محافظ در سيستمهاي حفاظت از صاعقه در اين فصل گنجانيده شده اند. علاوه بر اين درباره رله گذاري و حفاظت قسمتهاي مختلف پستهاي فشار قوي (ترانسفورماتور، شينه، خط و ...) مطالبي عنوان گرديده است. در اين بخش نگاهي اجمالي به وضعيت رله گذاري پستهاي 400و230 شبكه سراسري ايران نيز داشته ايم. قسمت پاياني اين بخش به معيارهاي بهينگي در مورد حفاظت برخي از تجهيزات پست اختصاص داده شده است.

در فصل هفتم، نمونه هايي از انتخاب برخي از تجهيزات، نمونه اي از طراحي سيستم زمين يك پست و همچنين نمونه اي از طراحي سيستم حفاظت از صاعقه در يك پست فشار قوي فرضي برپايه مطالب عنوان شده در فصلهاي قبلي انجام شده است.

فصل هشتم كه به جمع بندي مطالب و نتيجه گيري اختصاص دارد شامل بهره برداري و نحوه رسيدگي به شرايط اضطراري در پست هاي فشار قوي مي پردازد.

-1-مقدمه                                                2

2-1-تعاريف و اصطلاحات                                    7

دوم:اصول طراحي پستهاي فشار قوي و معيارهاي طراحي بهينه..  10

1-2-اصول طراحي پستهاي فشار قوي                         11

2-2-انواع طراحيها                                      14

3-2-معيارهاي طراحي بهينه و اعمال اين ضوابط در طراحي پست 15

1-3-2-ارتباط بهينگي و شرايط بهره برداري                  15

2-3-2-ارتباط بهينگي و موقعيت پست                        17

3-3-2-ارتباط بهينگي ومسايل زيست محيطي                    17

4-3-2-ارتباط بهينگي و امكان توسعه پست                   18

5-3-2-ارتباط بهينگي و نيروي انساني                       19

6-3-2-ارتباط بهينگي و تعميرات و نگهداري                  19

7-3-2-ارتباط بهينگي و سرمايه گذاري اوليه                20

8-3-2-ارتباط بهينگي و هزينه هاي دوران بهره برداري        21

9-3-2-ارتباط بهينگي و ايمني                               23

10-3-2-ارتباط بهينگي و طرحها و مشخصات فني سيستم هاي مختلف پست    24

فصل سوم :انواع پستها...........                         26

1-3-تقسيم بندي پستها بر اساس سطح ولتاژ                 27

2-3-تقسيم بندي پستها بر اساس وظيفه اي كه در شبكه دارند 27

3-3-تقسيم بندي پستها از نظر نحوه نصب                    28

1-3-3- انواع پستهاي باز                                28

2-3-3-انواع پستهاي بسته                                29

3-3-3-پستهاي تركيبي                                     29

4-3-3-پستهاي سيار                                      29

4-3-انواع پستها از نظر آرايش شينه بندي                 29

1-4-3-مزايا و معايب آرايشهاي مختلف شينه بندي            31

1-1-4-3-شينه ساده                                      31

2-1-4-3-شينه اصلي و فرعي                               32

3-1-4-3-شينه دوبل                                      34

4-1-4-3-شينه دوبل اصلي با شينه فرعي                    35

5-1-4-3-شينه دوبل دوكليدي                              36

6-1-4-3-شينه يك ونيم كليدي                             36

7-1-4-3-شينه حلقوي                                     37

2-4-3- بررسي مقايسه اي براي انتخاب شينه بندي بهينه[9]   39

3-4-3-نگاه آماري به وضعيت شينه بندي هاي موجود در پست هاي 230و400كيلوولت ايران                                                  43

4-4-3-آرايش پيشنهادي براي شينه بندي پستها              44

فصل چهارم:انتخاب محل پست و جانمايي تجهيزات.... 45

1-4-انتخاب محل پست                                      46

2-4-جانمايي تجهيزات پست                                  49

1-2-4-تاثير نوع شينه ها و سكسيونرها در آرايش فيزيكي تجهيزات 52

2-2-4-ترتيب و نحوه نصب تجهيزات                           54

3-2-4-محل احداث ساختمانها و جاده هاي ارتباطي             55

فصل پنجم:انتخاب تجهيزات پست.....                                  57

1-5-انتخاب ترانسفورماتور قدرت                          58

2-1-5-معيارهاي انتخاب بهينه ترانسفورماتور قدرت          59

1-2-1-5-نوع ترانسفورماتورقدرت                          60

2-2-1-5-سيستم خنك كنندگي ترانسفورماتور                 62

3-2-1-5-تلفات ترانسفورماتور                            64

4-2-1-5-توان نامي سيم پيچهاي ترانسفورماتور             64

5-2-1-5-ولتاژ نامي سيم پيچ                             65    

6-2-1-5-نحوه اتصالات سيم پيچها و گروه برداري             65

7-2-1-5-تنظيم ولتاژ و مشخصات تپ چنجر                   66

8-2-1-5-تاثير زمين نمودن نوترال در عايق بندي              67

9-2-1-5-حداكثر ولتاژ هر يك از سيم پيچها                67

10-2-1-5-تعيين سطوح عايقي داخلي و خارجي و نوترال        68

11-2-1-5-ميزان افزايش مجاز درجه حرارت روغن وسيم پيچ     68

12-2-1-5-امپدانس ولتاژ و امپدانس اتصال كوتاه           68

13-2-1-5-ميزان مجاز صدا                                 69

14-2-1-5-مقادير جريانهاي اتصال كوتاه سيستم              69

15-2-1-5-اضافه بار در ترانسفورماتور                    70

16-2-1-5-استفاده از محفظه كابل در طرف فشار ضعيف         70

2-5-انتخاب ترانسفورماتور جريان                         70

1-2-5-اطلاعات مورد نياز جهت انتخاب ترانسفورماتورجريان   71

2-2-5-معيارهاي انتخاب بهينه ترانسفورماتورجريان          72

1-2-2-5-نوع ترانسفورماتورجريان                         72

2-2-2-5-حداكثر ولتاژ سيستم                           73

3-2-2-5-سطوح عايقي                                     74

4-2-2-5-فاصله خزشي مقره                                74

5-2-2-5-جريان نامي اوليه                               74

6-2-2-5-جريان نامي ثانويه                              75

7-2-2-5-نسبت تبديل                                     75

8-2-2-5-جريان نامي حرارتي كوتاه مدت                    76

9-2-2-5-جريان نامي دايمي حرارتي                         76

10-2-2-5-محدوديت افزايش درجه حرارت                      76

11-2-2-5-ظرفيت نامي خروجي                              77

12-2-2-5-كلاس دقت                                       77

3-5-انتخاب ترانسفورماتور ولتاژ                         80

1-3-5-اطلاعات مورد نياز جهت انتخاب ترانسفورماتور ولتاژ  80

2-3-5-معيارهاي انتخاب بهينه ترانسفورماتور ولتاژ         81

1-2-3-5-نوع ترانسفورماتورولتاژ                         81

2-2-3-5-حداكثر ولتاژ سيستم                           83

3-2-3-5-سطوح عايقي                                     84

4-2-3-5-فاصله خزشي مقره                                84

5-2-3-5-ولتاژ نامي ثانويه                              84

6-2-3-5-ضريب ولتاژ نامي [9]                            85

7-2-3-5-مشخصات خازن ترانسفورماتور ولتاژ خازني          86

8-2-3-5-محدوديت افزايش درجه حرارت                       87

9-2-3-5-ظرفيت خروجي                                    88

10-2-3-5-كلاس دقت[22]                                   88

4-5-انتخاب  ترانسفورماتور زمين- كمكي                    89

1-4-5-اطلاعات مورد نياز جهت  ترانسفورماتورزمين-كمكي[14]  89

2-4-5-معيارهاي انتخاب بهينه ترانسفورماتور زمين-كمكي      90

1-2-4-5-نوع ترانسفورماتور زمين –كمكي                    92

2-2-4-5-سيستم خنك كننده                                92

3-2-4-5-ظرفيت نامي                                     92

4-2-4-5-مقدار نامي ولتاژ سيم پيچ ها                    93

5-2-4-5-حداكثر ولتاژ سيم پيچ ها                        93

6-2-4-5-امپدانس ولتاژ[9]                               94

7-2-4-5-استقامت عايقي بوشينگ ها و ترمينال هاي فاز و نقطه صفر سيم پيچ اوليه        94

8-2-4-5-افزايش دما پس از بارگذاري جريان كوتاه مدت      95

9-2-4-5-افزايش دماي مجاز                                95

10-2-4-5-تپ چنجر                                       96

11-2-4-5-فاصله خزشي بوشينگها                           96

12-2-4-5-سطح صدا                                       97

13-2-4-5-ترمينال بندي طرف اوليه وثانويه                97

5-5-انتخاب كليد قدرت                                   97

1-5-5-اطلاعات مورد نياز جهت انتخاب بهينه كليد قدرت       98

2-5-5-معيارهاي انتخاب بهينه كليد قدرت                  100

1-2-5-5-نوع كليد                                      100

2-2-5-5-نوع مكانيسم قطع و وصل                         101

3-2-5-5-ولتاژ نامي                                    104

4-2-5-5-سطوح عايقي نامي                               104

5-2-5-5-جريان نامي                                    104

6-2-5-5-جريان نامي قطع اتصال كوتاه                    105

7-2-5-5-جريان نامي قطع شارژ خط                        106

8-2-5-5-جريان نامي قطع بار اندوكتيو                   106

9-2-5-5-ضريب افزايش ولتاژ فاز سالم                     106

10-2-5-5-جريان نامي اتصال كوتاه وصل                   107

11-2-5-5-مدت زمان تحمل اتصال كوتاه                     107

12-2-5-5-زمان قطع نامي                                107

6-5-سكسيونر و تيغه زمين                                108

1-6-5-اطلاعات مورد نياز جهت انتخاب بهينه سكسيونر        109

2-6-5-معيارهاي انتخاب بهينه سكسيونر                    109

1-2-6-5-نوع سكسيونر يا تيغه هاي زمين                   109

2-2-6-5-نوع مكانيسم عملكرد                            110

3-2-6-5-ولتاژ نامي                                    111

4-2-6-5-سطوح عايقي نامي                               112

5-2-6-5-جريان نامي (فقط براي سكسيونر)                 112

6-2-6-5-جريان نامي اتصال كوتاه                        112

7-2-6-5-جريان نامي وصل اتصال كوتاه(فقط براي تيغه هاي زمين) 113

8-2-6-5-مدت زمان تحمل جريان اتصال كوتاه                113

9-2-6-5-نيروي مكانيكي نامي ترمينالها                    113

فصل ششم : سيستمهاي حفاظتي پست.......    114

1-6-سيستم زمين                                         115

1-1-6-اطلاعات موردنياز براي طراحي سيستم زمين            116

2-1-6-آزمونهاي زمين پست                                 118

3-1-6-موارد مهم در آزمونهاي سيستم زمين                  120

4-1-6-پارامتر ها و موارد حائز اهميت در طراحي بهينه سيستم زمين 122

1-4-1-6-انتخاب هادي زمين و ميله هاي زمين                122

2-4-1-6-اتصال تجهيزات به زمين                           122

3-4-1-6-محاسبه جريان اتصال كوتاه وحداكثرجريان شبكه زمين 123

4-4-1-6-ولتاژانتقالي ونقاط خطرناك                      125

5-4-1-6-تداخل با كبلهاي مخابراتي و كنترل                126

6-4-1-6-اتصال زمين سيستم تغذيه فشار ضعيف               126

5-1-6-نصب سيستم زمين                                   126

6-1-6-روش قدم به قدم طراحي                            128

2-6-سيستم حفاظت از صاعقه                              136

1-2-6-سيستم حفاظت از صاعقه                            138

1-1-2-6-اطلاعات مورد نياز جهت طراحي سيستم حفاظت از صاعقه 139

2-1-2-6-سيستم حفاظتي پست با استفاده از روش الكتريكي-هندسي[9]    139

3-1-2-6-حداكثر ولتاژ قابل تحمل توسط پست                141

4-1-2-6-امپدانس موجي                                  141

5-1-2-6-محاسبه جريان بحراني وفاصله جذب بحراني S        141

6-1-2-6-محاسبه ارتفاع هاديهاي حفاظتي                    142

7-1-2-6-حفاظت در مقابل صاعقه هايي كه در خارج از سطح محاط

دو هادي حفاظتي فرود مي آيند                            144

8-1-2-6- استقامت مكانيكي وحرارتي هاديهاي حفاظتي و ميله هاي برقگير    147 

2-2-6-برقگير و محل نصب آن                               148

1-2-2-6-انواع برقگير[18]                               148

2-2-2-6-مقايسه اجمالي بين برقگيرهاي ZnO و برقگيرهاي مرسوم  150

3-2-2-6-محل نصب برقگير                                  150

3-6-سيستم حفاظتي و رله گذاري                           152

1-3-6-اصول اساسي در رله گذاري حفاظتي                   153

2-3-6-سيستمهاي حفاظتي معمول[9]                         153

3-3-6-معيارهاي طراحي بهينه سيستم حفاظت ورله گذاري      160

1-3-3-6-حفاظت خطوط انتقال                             161

2-3-3-6-حفاظت شينه                                    165

3-3-3-6-حفاظت ترانسفورماتور                           167

فصل هفتم:نمونه طراحي............                            172

1-7-مشخصات مفروض براي پست                             173

2-7-انتخاب تجهيزات                                     174

3-7-طراحي سيستمهاي                                    187

4-7-روش قدم به قدم طراحي جانمايي تجهيزات                190

فصل هشتم: بهره برداري ..          195

1-8-مشخصات فني پست مذكور                               196

2-8-طريقه بهره برداري                                  199

3-8-دستورالعمل عملياتي و و بهره برداري پست هاي انتقال و فوق توزيع   202

4-8-دستورالعمل بازديد اپراتور از برخي از تجهيزات پست   214

5-8-قواعد اساسي ايمني                                   215

پيوستها............................................................................. 217

پيوست 1:سيستم آلارمهاي حفاظتي                           218

پيوست 2: نقشه هاي سيستم هاي حفاظتي و ارتينگ و ...      226