پست برق چیست؟
پست برق بخشی از یک سیستم تولید، انتقال و توزیع برق است. پست ها ولتاژ را از بالا به پایین یا معکوس تبدیل می کنند یا هر یک از چندین عملکرد مهم دیگر را انجام می دهند. بین ایستگاه تولید و مصرف کننده، توان الکتریکی ممکن است از طریق چندین پست در سطوح ولتاژ مختلف جریان یابد. یک پست ممکن است شامل ترانسفورماتورهایی برای تغییر سطوح ولتاژ بین ولتاژهای انتقال بالا و ولتاژهای توزیع پایین تر یا در اتصال دو ولتاژ انتقال مختلف باشد.
پست ها ممکن است تحت مالکیت و بهره برداری یک شرکت برق باشند یا ممکن است متعلق به یک مشتری بزرگ صنعتی یا تجاری باشد. به طور کلی پست ها بدون مراقبت هستند و برای نظارت و کنترل از راه دور به SCADA متکی هستند.
کلمه پست از روزهای قبل از تبدیل شدن سیستم توزیع به شبکه می آید. با بزرگ‌تر شدن ایستگاه‌های تولید مرکزی، نیروگاه‌های تولید کوچکتر به ایستگاه‌های توزیع تبدیل شدند و به جای استفاده از ژنراتورهای خود، انرژی خود را از یک نیروگاه بزرگ‌تر دریافت کردند. اولین پست‌ها تنها به یک نیروگاه متصل بودند که ژنراتورها در آن قرار داشتند و زیرمجموعه آن نیروگاه بودند.
پست برق انتقال:
یک پست انتقال دو یا چند خط انتقال را به هم متصل می کند. ساده ترین حالت زمانی است که تمام خطوط انتقال دارای ولتاژ یکسانی هستند. در چنین مواردی، پست دارای کلیدهای ولتاژ بالا است که به خطوط اجازه می دهد تا برای رفع خطا یا تعمیر و نگهداری، متصل یا ایزوله شوند. یک ایستگاه انتقال ممکن است دارای ترانسفورماتورهایی برای تبدیل بین دو ولتاژ انتقال، دستگاه های کنترل ولتاژ/ اصلاح ضریب توان مانند خازن ها، راکتورها یا جبران کننده های VAR استاتیک و تجهیزاتی مانند ترانسفورماتورهای تغییر فاز برای کنترل جریان برق بین دو سیستم قدرت مجاور باشد.
پست های انتقال می توانند از ساده تا پیچیده متغیر باشند. یک “ایستگاه سوئیچینگ” کوچک ممکن است کمی بیشتر از یک اتوبوس به همراه چند قطع کننده مدار باشد. بزرگترین پست های انتقال می توانند مساحت وسیعی (چند هکتار/هکتار) را با سطوح ولتاژ متعدد، قطع کننده های مدار زیاد، و مقدار زیادی تجهیزات حفاظتی و کنترلی (ترانسفورماتورهای ولتاژ و جریان، رله ها و سیستم های اسکادا) پوشش دهند. پست های مدرن ممکن است با استفاده از استانداردهای بین المللی مانند استاندارد IEC 61850 اجرا شوند.
پست برق
پست توزیع:
یک پست توزیع توان را از سیستم انتقال به سیستم توزیع یک منطقه منتقل می کند. اتصال مستقیم مصرف کنندگان برق به شبکه اصلی انتقال غیراقتصادی است، مگر اینکه از مقدار زیادی برق استفاده کنند، بنابراین ایستگاه توزیع ولتاژ را به سطح مناسب برای توزیع محلی کاهش می دهد.
ورودی برای یک پست توزیع معمولاً حداقل دو خط انتقال یا فرعی است. ولتاژ ورودی ممکن است به عنوان مثال 115 کیلو ولت یا هر چیزی که در منطقه رایج است. خروجی تعدادی فیدر است. ولتاژهای توزیع معمولاً ولتاژ متوسطی هستند، بین 2.4 کیلو ولت تا 33 کیلو ولت، بسته به اندازه منطقه مورد استفاده و شیوه های برق محلی. فیدرها در امتداد خیابان های بالای سر (یا در برخی موارد زیر زمین) اجرا می شوند و ترانسفورماتورهای توزیع را در محل مشتری یا نزدیک آن تغذیه می کنند.
پست های توزیع علاوه بر تبدیل ولتاژ، خطاهای سیستم های انتقال یا توزیع را نیز جدا می کنند. پست های توزیع معمولاً نقاط تنظیم ولتاژ هستند، اگرچه در مدارهای توزیع طولانی (چند مایل/کیلومتر)، تجهیزات تنظیم ولتاژ نیز ممکن است در امتداد خط نصب شوند.
نواحی مرکز شهر شهرهای بزرگ دارای پست های توزیع پیچیده، با سوئیچینگ ولتاژ بالا و سیستم های سوئیچینگ و پشتیبان در سمت ولتاژ پایین هستند. پست های توزیع معمولی تر دارای یک کلید، یک ترانسفورماتور و حداقل امکانات در سمت ولتاژ پایین هستند.
پست کلکتور:
در پروژه های تولید پراکنده مانند مزرعه بادی یا نیروگاه فتوولتائیک، ممکن است به یک پست کلکتور نیاز باشد. این مورد شبیه یک پست توزیع است اگرچه جریان برق در جهت مخالف است، از بسیاری از توربین های بادی یا اینورترها به سمت شبکه انتقال. معمولاً برای صرفه جویی در ساخت و ساز، سیستم کلکتوری در حدود 35 کیلو ولت کار می کند، اگرچه برخی از سیستم های جمع کننده 12 کیلو ولت هستند و پست کلکتور ولتاژ را به ولتاژ انتقال برای شبکه افزایش می دهد. پست کلکتور همچنین می تواند در صورت نیاز، تصحیح ضریب توان، اندازه گیری و کنترل مزرعه بادی را فراهم کند. در برخی موارد خاص، یک پست کلکتور می تواند دارای یک ایستگاه مبدل HVDC نیز باشد.
پست‌های کلکتور نیز در جایی وجود دارند که چندین نیروگاه حرارتی یا برق آبی با توان خروجی مشابه در مجاورت یکدیگر قرار دارند. نمونه‌هایی برای چنین پست‌هایی عبارتند از Brauweiler در آلمان و Hradec در جمهوری چک، که در آنها برق از نیروگاه‌های برق با سوخت زغال سنگ نزدیک جمع‌آوری می‌شود. اگر برای افزایش ولتاژ تا سطح انتقال نیازی به ترانسفورماتور نباشد، پست یک ایستگاه سوئیچینگ است.
پست برق
پست های مبدل:
پست های مبدل ممکن است با نیروگاه های مبدل HVDC، جریان کششی یا شبکه های غیر سنکرون متصل به هم مرتبط باشند. این ایستگاه ها حاوی دستگاه های الکترونیکی قدرت برای تغییر فرکانس جریان یا تبدیل از متناوب به جریان مستقیم یا معکوس هستند. مبدل های چرخشی سابق فرکانس را برای اتصال دو سیستم تغییر می دادند. امروزه چنین پست هایی نادر هستند.
ایستگاه سوئیچینگ:
ایستگاه سوئیچینگ یک پست بدون ترانسفورماتور است و فقط در یک سطح ولتاژ کار می کند. گاهی اوقات از ایستگاه های سوئیچینگ به عنوان ایستگاه جمع آوری و توزیع استفاده می شود. گاهی اوقات برای تغییر جریان به خطوط پشتیبان یا برای موازی کردن مدارها در صورت خرابی استفاده می شود. به عنوان مثال، ایستگاه های سوئیچینگ برای خط انتقال HVDC Inga-Shaba است.
یک ایستگاه سوئیچینگ ممکن است به عنوان یک ایستگاه سوئیچینگ نیز شناخته شود و معمولاً مستقیماً در مجاورت یا نزدیک یک نیروگاه قرار دارند. در این حالت ژنراتورهای نیروگاه برق خود را به داخل حیاط بر روی باس ژنراتور در یک طرف محوطه تامین می کنند و خطوط انتقال برق خود را از یک اتوبوس تغذیه کننده در طرف دیگر حیاط می گیرند.
یک عملکرد مهم که توسط یک پست انجام می شود سوئیچینگ است که اتصال و قطع خطوط انتقال یا سایر اجزاء به سیستم و از آن است. تغییر رویدادها ممکن است برنامه ریزی شده یا برنامه ریزی نشده باشد. یک خط انتقال یا سایر اجزاء ممکن است برای تعمیر و نگهداری یا ساخت و ساز جدید، به عنوان مثال، اضافه کردن یا حذف یک خط انتقال یا یک ترانسفورماتور، نیاز به قطع برق داشته باشد. برای حفظ قابلیت اطمینان تامین، هدف شرکت ها حفظ و راه اندازی سیستم در حین انجام تعمیر و نگهداری است. تمام کارهایی که باید انجام شوند، از آزمایش های معمول گرفته تا افزودن پست های کاملاً جدید، باید در حالی انجام شوند که کل سیستم در حال کار باشد.
عناصر یک پست:
پست ها عموما دارای تجهیزات سوئیچینگ، حفاظت و کنترل و ترانسفورماتور هستند. در یک پست بزرگ، از قطع کننده های مدار برای قطع هر گونه اتصال کوتاه یا جریان اضافه بار که ممکن است در شبکه رخ دهد استفاده می شود. ایستگاه های توزیع کوچکتر ممکن است از قطع کننده های مدار بازیابی یا فیوزها برای حفاظت از مدارهای توزیع استفاده کنند. پست‌ها معمولاً ژنراتور ندارند، اگرچه یک نیروگاه ممکن است یک پست در نزدیکی خود داشته باشد. دستگاه‌های دیگری مانند خازن‌ها، تنظیم‌کننده‌های ولتاژ و راکتورها نیز ممکن است در یک پست قرار گیرند.
پست‌های فرعی ممکن است روی سطح در محوطه‌های حصارکشی، زیرزمینی یا در ساختمان‌های با هدف خاص واقع شوند. ساختمان های بلند ممکن است دارای چندین پست سرپوشیده باشند. پست‌های سرپوشیده معمولاً در مناطق شهری برای کاهش صدای ترانسفورماتورها، به دلایل ظاهری، یا محافظت از تابلو برق در برابر شرایط آب و هوایی شدید یا آلودگی یافت می‌شوند.
یک سیستم اتصال به زمین (ارتینگ) باید طراحی شود. کل افزایش پتانسیل زمین، و شیب های پتانسیل در طول یک خطا (به نام پتانسیل های لمسی و پله ای)، باید برای محافظت از رهگذران در طول یک اتصال کوتاه در سیستم انتقال محاسبه شود. خطاهای زمین در یک پست می تواند باعث افزایش پتانسیل زمین شود. جریان‌هایی که در سطح زمین در طول یک گسل جاری می‌شوند می‌توانند باعث شوند که اجسام فلزی ولتاژ متفاوتی نسبت به زمین زیر پای افراد داشته باشند. این پتانسیل لمسی خطر برق گرفتگی را ایجاد می کند. در جایی که یک پست دارای حصار فلزی است، باید به طور مناسب به زمین متصل شود تا افراد از این خطر محافظت شوند.
پست برق
انتخاب مکان:
انتخاب مکان یک پست باید عوامل زیادی را در نظر بگیرد. مساحت زمین کافی برای نصب تجهیزات با فاصله های لازم برای ایمنی الکتریکی و برای دسترسی به نگهداری دستگاه های بزرگ مانند ترانسفورماتور مورد نیاز است.
در جاهایی که زمین پرهزینه است، مانند مناطق شهری، تابلو برق عایق گاز ممکن است به طور کلی باعث صرفه جویی در هزینه شود. پست‌های فرعی واقع در مناطق ساحلی متاثر از سیل و طوفان‌های استوایی ممکن است اغلب به ساختاری مرتفع نیاز داشته باشند تا تجهیزات را نسبت به نوسانات سخت شده در برابر این عناصر حساس نگه دارد. سایت باید به دلیل رشد بار یا اضافه شدن برنامه ریزی شده در انتقال، فضایی برای گسترش داشته باشد. اثرات زیست محیطی پست باید در نظر گرفته شود، مانند زهکشی، صدا و اثرات ترافیک جاده.
سایت پست باید به طور منطقی در مرکز منطقه توزیع قرار گیرد. سایت باید از نفوذ رهگذران ایمن باشد، هم برای محافظت از افراد در برابر آسیب ناشی از شوک الکتریکی یا قوس الکتریکی و هم برای محافظت از سیستم الکتریکی از عملکرد نادرست ناشی از خرابکاری.
طراحی پست:
اولین گام در برنامه ریزی چیدمان پست، تهیه یک نمودار یک خطی است که به صورت ساده ترتیب تعویض و حفاظت مورد نیاز و همچنین خطوط تغذیه ورودی و فیدرهای خروجی یا خطوط انتقال را نشان می دهد. تهیه نمودارهای یک خطی با عناصر اصلی (خطوط، سوئیچ‌ها، قطع کننده‌های مدار، ترانسفورماتورها) که روی صفحه به‌طور مشابه به روشی که دستگاه در ایستگاه واقعی چیده می‌شود، یک رویه معمول بسیاری از شرکت‌های برق است.
در یک طراحی معمول، خطوط ورودی دارای یک کلید قطع و یک قطع کننده مدار هستند. در برخی موارد، خطوط هر دو را نخواهند داشت، به طوری که کلید یا قطع کننده مدار تنها چیزی است که لازم است. سوئیچ قطع برای ایجاد ایزوله استفاده می شود، زیرا نمی تواند جریان بار را قطع کند.
قطع کننده مدار به عنوان یک وسیله حفاظتی برای قطع جریان های خطا به طور خودکار استفاده می شود، و ممکن است برای روشن و خاموش کردن بارها یا برای قطع یک خط زمانی که برق در جهت “اشتباه” جریان دارد استفاده شود. هنگامی که یک جریان بزرگ خطا از طریق قطع کننده مدار می گذرد، این امر از طریق استفاده از ترانسفورماتورهای جریان تشخیص داده می شود.
بزرگی خروجی ترانسفورماتور جریان ممکن است برای قطع کردن قطع کننده مدار و در نتیجه قطع شدن بار تامین شده توسط قطع مدار از نقطه تغذیه استفاده شود. این به دنبال جداسازی نقطه خطا از بقیه سیستم است و به بقیه سیستم اجازه می دهد تا با کمترین تأثیر به کار خود ادامه دهند. هر دو کلید و قطع کننده مدار ممکن است به صورت محلی (در داخل پست) یا از راه دور از یک مرکز کنترل نظارتی کار کنند.
در خطوط انتقال هوایی، انتشار صاعقه و نوسانات سوئیچینگ می تواند باعث خرابی عایق در تجهیزات پست شود. بر این اساس از برقگیرهای ورودی خط برای محافظت از تجهیزات پست استفاده می شود. مطالعات هماهنگی عایق به طور گسترده انجام می شود تا اطمینان حاصل شود که خرابی تجهیزات (و قطعی مرتبط با آن) حداقل است.
پس از عبور از اجزای سوئیچینگ، خطوط یک ولتاژ معین به یک یا چند باس متصل می شوند. اینها مجموعه‌ای از شین‌ها هستند که معمولاً مضربی از سه هستند، زیرا توزیع برق سه فاز تا حد زیادی در سراسر جهان جهانی است.
چیدمان کلیدها، قطع کننده های مدار و اتوبوس های مورد استفاده بر هزینه و قابلیت اطمینان پست تأثیر می گذارد. برای پست های مهم می توان از یک رینگی باس، دو باس یا به اصطلاح راه اندازی “شکن و نیم” استفاده کرد، به طوری که خرابی هر یک از مدارشکن ها برق مدارهای دیگر را قطع نمی کند و به این ترتیب ممکن است قسمت هایی از پست برای نگهداری و تعمیرات برق قطع شود. پست‌هایی که فقط یک بار صنعتی را تغذیه می‌کنند، ممکن است دارای حداقل مقررات سوئیچینگ باشند، مخصوصاً برای تاسیسات کوچک.
پست برق
اتوماسیون:
پست‌های الکتریکی اولیه به تعویض دستی یا تنظیم تجهیزات و جمع‌آوری دستی داده‌ها برای بار، مصرف انرژی و رویدادهای غیرعادی نیاز داشتند. با افزایش پیچیدگی شبکه های توزیع، از نظر اقتصادی لازم شد تا نظارت و کنترل ایستگاه های فرعی از یک نقطه متمرکز به طور خودکار انجام شود تا هماهنگی کلی در مواقع اضطراری و کاهش هزینه های عملیاتی فراهم شود. تلاش‌های اولیه برای پست‌های کنترل از راه دور از سیم‌های ارتباطی اختصاصی استفاده می‌کرد که اغلب در کنار مدارهای برق اجرا می‌شدند. حامل های خط برق، رادیو مایکروویو، کابل های فیبر نوری و همچنین مدارهای کنترل از راه دور سیمی اختصاصی همگی برای کنترل نظارت و جمع آوری داده ها (SCADA) برای پست ها اعمال شده اند. توسعه ریزپردازنده باعث افزایش تصاعدی در تعداد نقاطی شد که می‌توان از نظر اقتصادی کنترل و نظارت کرد. امروزه، پروتکل‌های ارتباطی استاندارد شده مانند DNP3، IEC 61850 و Modbus، به تعدادی از آنها، برای اجازه دادن به چندین دستگاه الکترونیکی هوشمند برای برقراری ارتباط با یکدیگر و مراکز کنترل نظارتی استفاده می‌شوند. کنترل خودکار توزیع شده در پست ها یکی از عناصر به اصطلاح شبکه هوشمند است.
عایق:
سوئیچ ها، قطع کننده های مدار، ترانسفورماتورها و سایر دستگاه ها ممکن است توسط هادی های لخت عایق شده با هوا که بر روی سازه های نگهدارنده قرار دارند به هم متصل شوند. فضای هوایی مورد نیاز با ولتاژ سیستم و با درجه بندی ولتاژ موج صاعقه افزایش می یابد. برای پست های توزیع ولتاژ متوسط، می توان از تابلو برق محصور شده فلزی استفاده کرد و هیچ هادی برقی در معرض محیط قرار نگیرد. برای ولتاژهای بالاتر، تابلو برق عایق گاز، در یک پست عایق گاز (GIS) فضای مورد نیاز در اطراف اتوبوس های برق را کاهش می دهد. به جای هادی های خالی، اتوبوس ها و دستگاه هایی مانند تابلو برق در ظروف لوله ای تحت فشار پر شده با هگزافلووراید گوگرد (SF6) یا یک گاز جایگزین تعبیه می شوند. این گاز ارزش عایق بالاتری نسبت به هوا دارد و باعث می شود ابعاد دستگاه کاهش یابد. علاوه بر هوا یا گاز SF6، دستگاه از مواد عایق دیگری مانند روغن ترانسفورماتور، کاغذ، چینی و عایق های پلیمری استفاده می کند.