تلفات در شبكه‌هاي توزيع برق

1. تلفات در شبكه‌هاي توزيع برق 88/08/19

2. انسان پيشرفته توانايي آن را دارد كه براي جلوگيري از درهم پاشيده شدن و بمنظور تطبيق با شرايط موجود، جهان بيني اش را مداوم بهبود بخشد. Myron Weiner

3. مباحث اوليه در تلفات

4. تاريخچه شكل گيري بحث تلفات • جنگ نفت در دهه 1970  • رقابت اقتصادی بين کشورهای مختلف جهان و کاهش هزينه تمام شده توليد • رقابت بين شرکتهای توليد، انتقال و توزيع برق پس از خصوصی سازی صنعت برق و اجبار در شفافسازی هزينه های اخذ شده از مشترکين

5. اهميت و جايگاه تلفات تلفات توان و انرژی، ذاتاً موضوعاتی فنی هستند، اما در مباحث مربوط به مطالعات اقتصادی سيستمهای قدرت مطالعه می‌شوند. بعبارت ديگر، برخلاف شاخصهای کيفيت توان و قابليت اطمينان که در مباحث فنی نظام برنامه ريزی سيستمهای قدرت و بعنوان معيارهاي کمی فنی مورد توجه قرار می‌گيرند، تلفات بعنوان معياری اقتصادی و در هنگام ارزيابی و مقايسه اقتصادی بين طرحهای مختلف مورد توجه قرار می گيرد.

6. رويه برنامه ريزي در سيستم قدرت شروع فرآيند برنامه ريزی سيستم قدرت ارائه آلترناتيوهای مختلف توسعه/ تقويت شبکه پيش بينی بار ارزيابی شاخصهای کيفيت توان و قابليت اطمينان ارزيابی عملکرد آتی سيستم عملکرد نامناسب ارزيابی اقتصادی آلترناتيوهای منتخب و انتخاب برنامه بهينه عملکرد مناسب پايان

7. برنامه ريزي يكپارچه سيستم قدرت

8. جايگاه تلفات در مباحث اقتصادی • تلفات شاخصی جهت سنجش پيشرفت علمی کشورهای جهان است که توسط سازمانهايي چون بانک جهانی مورد استناد قرار می گيرد. • تلفات کمتر موجب قيمت تمام شده کمتر انرژی شده و در نتيجه تسريع رشد اقتصادی کشورها را از طريق کاهش قيمت تمام شده توليد در پی دارد. • تلفات کمتر موجب انعطاف پذيری بيشتر شرکتهای توزيع جهت رقابت در بازارهای رقابتی می گردد.

9. استاندارد تلفات • هر چند مطالعه تلفات انرژی در کشورهای پيشرفته نشان می دهد که ميزان تلفات انرژی الکتريکی سيستمهای توزيع آنها کمتر از 8% است، اما چنانچه فلوچارت برنامه ريزی ارائه شده در فوق را مبنا فرض کنيم (که در بيشتر کشورهای جهان نيز هست)، به اين نتيجه می‌رسيم که تلفات مقدار استاندارد ندارد. • تلفات مقدار بهينه‌ای دارد که به عوامل مختلف وابسته بوده و در نقاط مختلف جهان نمی‌توان مقدار بهينه يکسانی را برای آن معرفی نمود.

10. کشورهای دارای درصد تلفات بالا کشورهای دارای درصد تلفات (مجموع تلفات انتقال و توزيع) بيش از 17% بر اساس آمار سال 2005 آژانس بين المللی انرژی

11. کشورهای دارای درصد تلفات پايين کشورهای دارای درصد تلفات (مجموع تلفات انتقال و توزيع) كمتراز 8% بر اساس آمار سال 2005 آژانس بين المللی انرژی

12. تقسيم بندی تلفات • از نگاه پيامدهای اقتصادی : • نگاه ملی • نگاه بنگاهی • از نگاه نحوه شکل گيری: • فنی • غير فنی و مديريتی • از نگاه ماهيت • تلفات انرژی • تلفات توان

13. دسته بندي تلفات • تقسيم بندی انجام شده مستقل نيست و دارای ارتباطی شرطی (يک طرفه) می باشند، به اين مفهوم که افزايش تلفات غير فنی ، افزايش تلفات فنی را در پی دارد و افزايش تلفات از ديدگاه بنگاهی ، افزايش تلفات از ديدگاه ملی را موجب می شود. • تلفات غير فنی تابعی از وضعيت اقتصادی و معيشتی است، برای مثال تلفات کشور هند که کشور پيشرفته ای بلحاظ تکنولوژی محسوب می شود، بدليل فقر اقتصادی مردم و بالا بودن تلفات غير فنی، خارج از نرم می باشد.

14. جايگاه تلفات در طراحي شبكه • معمولا تلفات بعنوان هدف‌در تابع‌Optimizationطراحی شبکه وارد نمی کنند، بلکه يا بعنوان شرط محدوديت و يا بعنوان تابع ارزش آلترناتيوهای مختلف مطرح می سازند، زيرا هدف طراحی سيستم کاهش تلفات نيست بلکه تداوم کيفيت و کميت برق است (Double Q Objective) است، اما پس از طرح شبکه که با Redundancyو Contingencyهای مختلف صورت می‌گيرد ، آرايش نرمال شبکه آرايشی انتخاب می شود که کمترين تلفات را در پی داشته باشد. بعبارت ديگر، تجديد آرايش شبکه بصورت تابع بهينه سازی تعريف می شود که اين بار هدف آن کاهش تلفات و محدوديتهای آن کيفيت برق است.

15. جايگاه تلفات در طراحي شبكه • بررسيهای صورت گرفته نشان می دهد که کاهش تلفات را می توان بعنوان يکی از فعاليتهای بهينه سازی که موجب تعويق عمليات توسعه و احداث و تامين سرمايه گذاريهای هنگفت مربوط به آن می شود مورد توجه قرار داد. در همين راستا بحث ارزيابی اقتصادی و اولويت بندی اجرای آنها مطرح می شود. • در بهينه سازی سيستمهای توزيع بايد به اين امر توجه داشت که اجرای پروژه های کاهش تلفات تا نقطه‌ای دارای توجيه است که ارزش حال پروژه‌های کاهش تلفات بيشتر از ارزش سرمايه گذاری توسعه و احداث نشود، مگر آنکه زمان بعنوان محدوديت در معادلات وارد شود.

16. ماهيت تلفات • همانطور که اشاره شد، تلفات از نگاه ماهيت به دو صورت تلفات توان و انرژی قابل تقسيم بندی است. • تلفات توان در ساعات پيک بار و تلفات انرژی در ساعات غير پيک دارای اهميت می‌باشند. بايد توجه داشت که ارزش اقتصادی تلفات توان در ساعات پيک بسيار بالاتر از ارزش آن در ساعات غير پيک بوده و به همين لحاظ از ارزش تلفات توان در ساعات غير پيک صرفنظر می شود (در کشور ما ارزش هر کيلووات تلفات توان در ساعات پيک بيش از 1000 دلار ارزيابی شده است).

17. مولفه‌هاي مهم تلفات در سيستم توزيع • مولفه های تلفات فنی • تلفات بی باری ترانسفورماتورها • تلفات بارداری خطوط هوايي، کابلها و ترانسفورماتورها • تلفات بارداری و بی باری ساير اجزای سيستمهای توزيع اعم از CT ها و PT ها، بالاستها و ... • تلفات بارداری اتصالات • تلفات دی الکتريک کابلها ، خازنها و ترانسفورماتورها • تلفات جريانهای نشتی در برقگيرها و مقره ها • تلفات حاصل از طراحی و بهره برداری نادرست، مثل: تلفات نامتعادلی جريان، تلفات توان رآکتيو، تلفات ناشی از مديريت نادرست ولتاژ • تلفات ناشی از پايين بودن راندمان تجهيزات • Over Heat شدن المانها و نمود مشخصه مقاومت/دما در آنها • آلودگی هارمونيکی شبکه و تشديد تلفات addy در ترانسفورماتورها و اثر پوستی در هاديها و کابلها

18. مولفه‌هاي مهم تلفات در سيستم توزيع • مولفه های تلفات غير فنی • تلفات ناشی از انشعابات غير مجاز • تلفات ناشی از دستکاری لوازم اندازه گيری • تلفات ناشی از عدم صحت ضرايب تبديل CT و PT و يا بروز نشدن آنها با طرحهای توسعه • تلفات ناشی ازخطای مشکلات سيستم قرائت و بيلينگ • عدم نصب بموقع کنتور • خرابی دستگاه اندازه گيری و صدور صورتحساب مشابه • دقيق نبودن لوازم اندازه گيری

19. مولفه‌هاي مهم تلفات در سيستم توزيع • مولفه های تلفات مديريتی • تخصيص نامناسب بودجه • بودجه بخش توزيع در کشورهای پيشرفته (که عمدتا با مشکل فرسودگی شبکه های توزيع نيز مواجه نيستند، بطور متوسط 30% بودجه صنعت برق آنهاست، ليکن در کشور ما معادل 20% بودجه کل صنعت برق می باشد) • عدم توجه به بحث مديريت تکنولوژی و استفاده از تکنولوژيهايي که ارزش حال هزينه ثابت آنها بيشتر است. تلفات مديريتی دسته ای از تلفات هستند که نمی توان آنها را تلفات فنی يا غير فنی محسوب نمود. البته اين تلفات گاه در زمره تلفات غير فنی و گاهی نيز بعنوان ترکيب تلفات فنی و غير فنی نقسيم بندی می شوند؛ ولی در اصل ناشی از ضعفهای تصميم گيري مديريتی است.

20. مولفه‌هاي مهم تلفات در سيستم توزيع • مولفه های تلفات مديريتی • عدم خلاقيت و نوآوری و فقدان ريسک پذيری • عدم وجود فلسفه توسعه سيستم توزيع (تعيين حد بهينه تلفات، استراتژی مديريت ولتاژ ، ظرفيت رزرو و ...) • عدم شناخت از مولفه های تلفات در بخش مديريتی • وجود توليد کنندگان و تامين کنندگان غير استاندارد و فاقد صلاحيت • فقدان ساختار تشکيلاتی علمی و منطبق بر استاندارد • عدم توجه به تامين نرم افزارها و سخت افزارهای مورد نياز • استفاده از پرسنل آموزش نديده در بخش بهره برداری و اجرا • (مثالهای جالب و متعددی در اين زمينه می توان عنوان نمود، برای مثال حلقه کردن کابل سرويس مشترکين به دور پايه های توزيع و با تعداد دور بالا(بعنوان رزرو) امری متداول است که با توجه به تعداد بالای المان کابل سرويس موجب ايجاد ظرفيت بالايي برای مصرف توان رآکتيو و تلفات مربوطه خواهد شد)

21. دسته بندی راهکارهای کاهش تلفات • راهکارهای فنی • بهبود راندمان تجهيزات • راهکارهای حقوقی

22. راهکارهای فنی طيف وسيعی از راهکارها در اين بند قابل ذکر است که معمولا بسته به اثر بخشی و هزينه های مورد نياز اولويت بندی می شوند. پياده سازی راهکارهای اين دسته معمولا نيازمند فراهم بودن بستر نرم افزاری بمنظور شبيه سازی شبکه و امکانات اندازه گيری و مونيتورينگ شبکه است. راهکارهای دارای اولويت بالای شامل: • متعادل سازی بار فازها • متعادل سازی طول فيدرها (بازآرايي) • خازن گذاری • جابجايي پستهای توزيع به مراکز ثقل بار

23. بهبود راندمان تجهيزات • ارزيابی اين طرحها بسيار ساده تر از ارزيابی طرحهای فنی بوده و به امکانات کمتری نياز دارد. برای مثال جايگزينی ترانسفورماتورهای کم تلفات بجای ترانسفورماتورهای معمولی و استفاده از چراغهای روشنايي پربازده. از ديدگاه طرحهای اين دسته، چنانچه بتوان (در خروجي تجهيز) انرژی مفيد ثابتی را به ازای ورودي کمتر توليد نمود، بهبود بازده رخ داده است.

24. راهکارهای حقوقی اين راهکارها معمولا بر اساس قوانين حاکم بر آن منطقه تنظيم می شوند. راهکارهای اين دسته اغلب بسيار کم هزينه ولی اثربخش هستند. از جمله اين راهکارها می توان به موارد زير اشاره نمود. • مشارکت دادن مشترک در تلفات از طريق ضريب مشارکت تلفات (Loss Contribution Factor) در شرکت برق کوئينزلند استراليا • تجميع انشعابات و واگذاری کنتورهای حجمی در کره • جريمه آلوده سازی هارمونيکی شبکه (برای مشترکين صنعتی در ايالات متحده) • تخصيص ضريب زيان يا جريمه پايين بودن ضريب توان در اکثر کشورهای جهان

25. جمع بندي • مقدار مشخصي براي تلفات نمي‌توان تعيين كرد. • تلفات در شبكه معمولاً بهينه مي‌شود نه كمينه • در برنامه ريزي يكپارچه منابع، كاهش تلفات يكي از منابع تامين نياز مصرف است. • تلفات به دو دسته فني و غير فني قابل تقسيم است. • عوامل اصلي اصلاح تلفات به سه دسته ذيل قابل تقسيم است: • راهكارهاي فني • بهبود راندمان تجهيزات • راهكارهاي حقوقي

26. مباحث ويژه در تلفات

27. بررسي تاثير پروفيل بار در تلفات شبكه

28. پروفيل بار و تاثير آن بر تلفات

29. شاخصهاي مهم بار • ضريب بار Load Factor • انرژي مصرف شده در دوره زماني مشخص • پيك بار شبكه در دوره زماني مشخص

30. معرفي ضريب تلفات • LSF: ضريب تلفات

31. تعيين رابطه ضريب تلفات و ضريب بار • X: مدت زمان اوج بار t • Y: مدت زمان حداقل بار (T-t) t (peak Load) Load L L2 Time T

32. تعيين رابطه ضريب تلفات و ضريب بار

33. تعيين رابطه ضريب تلفات و ضريب بار

34. تعيين رابطه ضريب تلفات و ضريب بار

35. تاثير ضريب تلفات بر تلفات بيشينه شبكه

36. تاثير ضريب تلفات بر تلفات بيشينه شبكه

37. جمع بندي تاثير ضريب تلفات بر تلفات شبكه • رابطه پيشنهادي براي ضريب تلفات ترانسفورماتورهاي توزيع • رابطه پيشنهادي براي ضريب تلفات شبكه توزيع

38. تاثير هارمونيك بر تلفات شبكه

39. تلفات بارداري • تلفات بدون هارمونيك • تلفات با وجود هارمونيك

40. تعيين ضريب تاثير اثر پوستی (Skin Effect) • مدل خطوط ضريب تاثير اثر پوستی يا Kse معمولا با توجه به نوع المان مدل می شود. برای مثال، مقدار Kse برای خطوط هوايي از رابطه زير محاسبه می شود :

41. افزايش مقاومت خط هوايي در محيط هارمونيكي

42. تلفات ترانسفورماتور در محيط هارمونيكي تاثير گذاری هارمونيکها در اجزايي چون ترانسفورماتورها که تلفات ادی آنها به فرکانس وابسته است، به ضريب اثر پوستی محدود نمی شود. برای مثال چنانچه از مدل ساده شکل زير برای ترانسفورماتور استقاده شود، مقدار رآکتانس ترانس با ضريب تصحيح خواهد شد.

43. افزايش رآکتانس ترانسفورماتور درمحيط هارمونيکها

44. ترانسفورماتور بصورت De-Rating شده با ضريب K • کاهش ظرفيت بارگيری ترانس بعلت اضافه حرارت ايجاد شده • جريان نامی ترانسفورماتور IR= • نسبت تلفات ادی به تلفات مس نامیPEC.R=

45. مثال • ترانسفورماتور با جريان نامی : 9ر233 آمپر • نسبت تلفات ادی به تلفات مس نامی=12ر0

46. انتخاب ترانسفورماتور بصورت D-Rating شده با ضريب K

47. شبکه نمونه مطالعات • هارمونيکی بدون وجود آلودگی هارمونيکی در موتور نرم افزار Easy power 8.2

48. شبکه نمونه مطالعات • هارمونيکی باوجود آلودگی هارمونيکی در موتور

49. نتايج پخش بار

50. استفاده از ترانسفورماتور D-rating