الدرس السابق:تعليمات التشغيل الخاصة بمحطات المحولات
منظومة التوزيع الكهربائية (DISTRIBUTION SYSTEM)
1.مقدمة
يطلق مصطلح "منظومة التوزيع الكهربائية" على كلا من شبكتى الجهد المتوسط والجهد المنخفض .
فأما قيم الجهد المتوسط فهى : kV 3.3 - 6.6 kV - 11 kV - 22 kV - 33 kV وأما قيمة الجهد المنخفض فهو 400 فولت فى معظم الدول ، و فى أمريكا فهى (220 فولت Line Voltage).
ومنظومة التوزيع للجهد المتوسط يقصد بها شبكة المغذيات الأولية (PRIMARY DISTRIBUTION) ، وهي التي تنقل القدرة من المحطات الرئيسية جهد 66/11 مثلا إلى (الموزعات) ، ثم من الموزعات إلى محولات التوزيع المنتشرة داخل الأماكن السكنية. وتتضمن منظومة التوزيع العناصر التالية:
- لوحات توزيع الجهد المتوسط (الموزع) وهى أول نقطة فى شبكة توزيع الجهد المتوسط وتستقبل كابلات المغذيات من محطات التحويل الرئيسية.
- خطوط الجهد المتوسط التى تخرج من الموزعات إلى المحولات وتشمل خطوط هوائية أو كابلات أرضية أو الاثنين معا.
- أكشاك سكاكين شبكة الجهد المتوسط للمساهمة فى عمل مناورات تغيير الخطوط.
- لوحات الـ RMU وهى وحدة الربط بين المحول وبين بقية المحولات فى الشبكة من جهة الجهد المتوسط .
- محولات التوزيع وهى آخر عناصر شبكة الجهد المتوسط ، وبعدها تبدأ شبكة الجهد المنخفض.
وأما الجزء الثانى من منظومة التوزيع فيشمل اللوحات والكابلات الموجودة فى جهة الجهد المنخفض من محول التوزيع.
و كل من يتعامل مع تخطيط شبكات التوزيع لابد له أن يكون قادرا على رؤية الصورة الكاملة لمنظومة التوزيع ، كما يجب أن يتعرف على ملامح تخطيط هذه المنظومة ، وخطوات إنشائها ، وأدوات تنفيذ ذلك ، ومعرفة عناصرها، وأن يكون متمكنا كذلك من بعض الأدوات والبرامج التى تساعده فى عملية التخطيط.
ويمكن أن نوجز أهم هذه المفاهيم والأدوات الأساسية التى يجب أن يلم بها أي دارس لشبكات التوزيع فى الخمس نقاط التالية:
1.1 معرفة وتحقيق الأهداف الأساسية لعملية تخطيط الشبكات:
- تحديد مواقع وأحجام المحولات ، و الـ C.B ، و الــ switches ، و الـ feeders .
- تحقيق الأمان Electric Safety خاصة أن هذه الشبكة هى الأقرب للمستهلكين.
- تحقيق البساطة فى التصميم لاسيما فى الدول النامية التى لا تتوفر فيها مستوى عال من التعليم.
- تقليل القدرة المفقودة Power Losses فى الشبكات
- تحسين قيم الجهود Voltage Profile عند الأماكن المختلفة بتقليل الـ Voltage Drop .
- دراسة لخطة وضع )المكثفات و منظمات الجهد( كمحسنات للجهد و وسائل لتقليص الفقد ومن ثم إضافتهم لخطة التوزيع للشبكة ، وعمل د ا رسة عن أفضل الأماكن لهم وكيفية تقليل عددهم.
- استخدام Distributed Generators DGs اوستخدام الا Cross Connection, CCs كمحسنات للاعتمادية ) CC هى أجهزة تقوم بتوصيل الاا (Feeders) ببعضها حيث يمكن تغذية الحمل من Feeder آخر إذا حدث Fault بالااااا Feeder الأساسى( . ثم أخذهم فى الاعتبار عند التخطيط لشبكة التوزيع . وعمل د ا رسة عن أفضل الأماكن لهم وكيفية تقليل عددهم.
- رفع قيمة معاملات الاعتمادية Reliability Index ، )وخاصة فى الأحمال الاست ا رتيجية والأكثر أهمية مثل أحمال المستشفيات (. مع العلم أن رفع مستوى اعتمادية مصدر التغذية بدرجة كبيرة يعنى تكلفة ضخمة ، ولذا يكون غالبا هناك نوع من الموازنة بين ضمان استم ا ررية التغذية وبين التكلفة.
- تحقيق المواصفات القياسية الوطنية المتعلقة بتصميم الشبكات لضمان تماثل أج ا زء الشبكة وتسهيل عمليات الصيانة وتوفير قطع الغيار ، فالاستعانة بشركات أجنبية متعددة فى مشروعات مختلفة يمكن أن يترتب عليه شبكات توزيع غير متناسقة فى البلد الواحد بسبب اختلاف المواصفات التى تتبعها كل شركة.
مع الأخذ فى الاعتبار أن تحقيق هذه الأهداف ليس بالأمر الهين ، فبعض هذه الأهداف متعارض ، وهناك أيضا بعض المحددات التى يجب أن تؤخذ فى الاعتبار لضمان تحقيق الأهداف ومنها:
- الميزانية المتاحة للتكلفة
- الموقع الجغرافى للحمل : وهذا يؤثر على موقع المحطة بعدها أو قربها من الحمل كما يؤثر على قيمة المفاقيد.
- أحجام المحولات والمساحة المتاحة للمعدات .
- التوسعات المستقبلية
1.2.القدرة على عمل الدراسات الخاصة بالأحمال Load Studies :
- حسابات تقدير الأحمال Load Estimation
- تقدير الأحمال المستقبلية Load Forecasting
- دراسة خصائص الأحمال Load Characteristics
وتحت هذا البند يجب أن يلم الدارس أيضا بطبيعة الأحمال التى تغذيها شبكة التوزيع ، وهى ثلاثة أنواع:
أ. أحمال سكنية سواء فى المدن او القرى
ب. أحمال خدمات(شوارع – مطارات مبانى حكومية – مولات تجارية)
ت. أحمال صناعية (الورش والمصانع الصغيرة والكبيرة).
والاختلاف الأساسي بين هذه الأحمال يكمن فى طريقة حساب معاملات تقدير الأحمال مثل معامل الطلب Demand Factor الذى يستخدم لتحديد نسبة تزامن تشغيل أحمال من نفس النوع (دائما أقل من واحد) ، و معامل تباين الأحمال Diversity Factor الذى يستخدم لتحديد نسبة تباعد تشغيل الأحمال ذات النوعيات المختلفة (دائما أكبر من واحد) ، كما أن هناك أمورا أخرى تؤخذ فى الاعتبار مثل تيار البدء للمحركات الكبيرة فى الورش أو المصانع. وأحيانا تغذى شبكة التوزيع الواحدة مزيجا من الأحمال الثلاثة ، ماعدا المصانع الكبيرة فدائما يكون لها شبكة توزيع مستقلة.
أما حسابات الحمل المتوقع Load Forecasting فهى تعتمد على عوامل كثيرة ملخصها فى الشكل أسفله ويعد توقع الحمل " Load Forecasting " من الخطوات المهمة فى تحديد عملية التشغيل والتخطيط للشبكة ، حيث أنه يكون من أوائل الخطوات بالإضافة لكونه العامل الرئيسى فى تحديد حجم المحول .
وينقسم الـ Load Forecasting تبعا للمدة إلى ثلاثة أقسام :
1. Short term load forecasting: up to 1 day
2. Medium term load forecasting: from 1 day to 1 year
3. Long term load forecasting: from 1 year to 10 years
1.3 القدرة على توصيف عناصر شبكات التوزيع :
من الأمور الهامة لأي دارس لمنظومات التوزيع أن يكون ملما بطبيعة ومواصفات المعدات الأساسية التى سيستخدمها لتنفيذ شبكة التوزيع. وأهم المعدات فى شبكة الجهد المتوسط التى يجب أن يعرف مواصافاتها هى:
- الموزعات Distributors
- المحولات بأنواعها
- لوحات الربط الحلقى Ring Main Unit
- كابلات الجهد المتوسط : توصيفها وتفاصيل طبقاتها
- عناصر شبكات الجهد المتوسط الهوائية (العوازل –– السكاكين – إلخ )
- عناصر شبكة الجهد المنخفض (كابلات ، قواطع ، لوحات توزيع ، ATS ، UPS مولدات الديزل ، إلخ) .
- عناصر منظومة التحكم والم ا رقبة فى الشبكة ) RTU ، SCADA ، إلخ.
1.4 معرفة البدائل المتاحة فى عملية تصميم شبكات الجهد المتوسط
تخطيط شبكات التوزيع يتضمن بدائل متعددة واختيارات كثيرة للبند الواحد ، وسيكون على المهندس أن يتخذ قرارات باختيارات معينة من ضمن هذه البدائل المتاحة. ولذلك يجب أولا أن يكون ملما بهذه البدائل وميزاتها وعيوب كل بديل. ومن أمثلة البدائل المتعددة التى سيواجهها المهندس مايلى:
- نوع أسلوب التوزيع Radial / Ring
- نوع الشبكة Over Head/Cables
- نوع المحولات (جافة /زيتية )
- مستوى جهد التغذية 11/22 kV
- نوع المحطة AIS/GIS
- نوع أجهزة الوقاية CB / Fuse
- كابلات أم Bus Duct
- نظام الـ BB وهل هو Single/ Double/etc
- طرق تحسين الجهد Voltage regulators/Capacitors/ Tap changer
- هل نستخدم الـ Distributed Generation أم لا ، وما أنسب مكان /حجم/نوع.
1.5 القدرة على عمل الدراسات المطلوبة لعملية التخطيط
والغرض من هذه الدراسات والحسابات التى يحتاجها مهندس التوزيع هو التأكد من صحة التصميم ومنها:
- حسابات القصر Short Circuit Studies
- حسابات الهبوط فى الجهد Voltage Drop
- حسابات التحمل الحرارى للكابلات Thermal capacity
- تنسيق أجهزة الوقاية Relay Coordination
- حسابات سريان القدرة Load flow Study
- حسابات وقياسات التوافقيات Harmonics Studie
وكل هذه الدراسات يمكن أن تتم باستخدام برامج جاهزة مثل برنامج ETAP أو برنامج EasyPower وغيرهم. وبعض هذه البرامج متاح مجانا على الإنترنت ، وعلى كل دارس لشبكات التوزيع أن يكون محترفا على الأقل فى واحد من هذه البرامج .