تبلیغات
control - انتخاب ظرفیت ترانسفورماتور از دیدگاه بهینه سازی تلفات الكتریكی
درباره وب سایت

ارتباط با ما:


mehdi400v@yahoo.com
آرشیو وب سایت
نویسندگان
موضوعات
لینک دوستان
آمار وب سایت
  • بازدیدهای امروز :
  • بازدیدهای دیروز :
  • كل بازدیدها :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • كل مطالب ارسال شده:
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
ورود به پروژه

چكیده :

بخشی از انرژی الكتریكی تولیدی نیروگاهها در ترانسفورماتورها به در می روند. میزان این تلفات تابعی است از تلفات بارداری و بی باری آنها در این مقاله هدف پاسخ به این سؤال است كه آیا نصب ترانسفورماتور با ظرفیت بالا در شبكه های توزیع نیرو باعث افزایش تلفات سیستم می‌گردد؟ و یا اصولاً رابطه بهینه ای بین حداكثر بار و حداكثر ظرفیت ترانسفوماتور وجود دارد؟



مقدمه

تلفات بارداری و بی باری ترانسفورماتورها بستگی به موادی دارد كه در ساخت آنها مورد استفاده قرار می گیرند. به عبارت دیگر گرچه با بهره گیری از مواد خاص امكان تقلیل تلفات داخلی ترانسفوماتورها میسر می باشد اما چون این چنین اقدامی سبب افزایش قیمت تمام شده و فروش آنها می گردد، همیشه از دیدگاه اقتصادی موجه نمی باشد. بر این اساس شركت های برق با توجه به نوع مصرف ارزش انرژی الكتریكی و تلفات در محل نصب و قیمت ترانسفورماتورها تلاش می‌نمایند با انتخاب ظرفیت مناسب نسبت به بهینه سازی تلفات داخلی آنها اقدام نمایند. طبیعی است هر چه تلفات ترانسفورماتورها كاهش یابد از دیدگاه بهینه سازی تلفات مناسب می باشد اما چون این اقدام باعث افزایش سرمایه گذاری تأسیسات و تجهیزات شبكه های برقرسانی می گردد، همواره نمی تواند به عنوان یك راه حل منطقی مورد توجه قرار گیرد.

1- مقادیر اسمی تلفات

گرچه برای سازندگان امكان كاهش تلفات داخلی ترانسفورماتورها تا حد محدودی عملی می باشد اما همواره طراحی ترانسفورماتورها بر مبنای كمترین تلفات داخلی انجام نمی گیرد چون این اقدام باعث افزایش قیمت تمام شده و فروش ترانسفورماتورها می گردد. به همین دلیل بهینه سازی تلفات داخلی ترانسفورماتورها بر اساس قیمت تلفات بارداری و بی باری آنها كه توسط خریداران مشخص می گردد، انجام می گیرد.

در ترانسفورماتورها ارزش تلفات تابعی از شرایط محل نصب آنها می باشند، به عنوان مثال اگر ترانسفورماتوری برای نیروگاه بخاری خریداری گردد، هر كیلو وات تلفات آن حداقل یك كیلو وات از ظرفیت مفید آنرا كاهش می دهد كه مبنای محاسبه تلفات توان باید بهای یك كیلو وات نیروگاه بخاری باشد حال آنكه اگر در نیروگاه گازی نصب شود مبنای محاسبه تلفات توان باید بهایی یك كیلو وات نیروگاه گازی باشد البته چون در محاسبه ارزش تلفات بهای توان و انرژی هر دو باید مورد توجه قرار گیرند لذا در مواردی كه بهای انرژی بالا باشد. ممكن است كاهش تلفات ترانسفورماتورها در مقایسه با افزایش قیمت فروش آن موجه و در مواردی كه قیمت فروش انرژی كم باشد. موجه نباشد بنابراین بهینه سازی تلفات بارداری و بی باری باید بر مبنای نوع مصرف انجام گیرد جدول (1) مقادیر اسمی تلفات بی باری و بارداری چند نوع ترانسفورماتور 400/20000 ولت ساخت شركت ایران ترانسفوركه در شبكه های توزیع نیرو یا صنایع مورد استفاده قرار می گیرند را نشان می دهد.

جدول (1) تلفات بارداری و بی باری جند نمونه از ترانسفورماتور kv 20 ساخت شركت ایران ترانسفو

ظرفیت كیلو وات

آمپر

تلفات بی باری

وات

تلفات بارداری

وات

25

150

750

50

210

1250

100

340

2150

125

400

2500

160

480

3100

200

570

3600

250

610

4450

315

720

5400

400

850

6450

500

1000

7800

630

1200

9300

800

1450

11000

1000

1750

13500

1250

2100

16400

1600

2550

19800

2- اثر ظرفیت ترانسفورماتور در تلفات

با توجه بهاینك بارداری و بی بارداری ترانسفورماتورها تابعی از ظرفیت آنها می باشد لذا انتخاب بجای ظرفیت می توان عامل مؤثری در بهینه سازی تلفات باشد اصولاً ظرفیت ترانسفورماتور با توجه روند رشد بار و برای یك دوره بلند مدت تعیین می گردد كه همین امر سبب افزایش نسبت ظرفیت ترانسفورماتور به پیك مصرف سالهای اولیه بهره برداری و در نتیجه افزایش تلفات می‌شود اما اگر ظرفیت ترانسفورماتور معادل پیك بار هر سال در نظر گرفته شود لازم است هر ساله ترانسفورماتور متناسب با رشد بار تعویض یا ترانسفورماتور جدیدی در همان محل نصب شود كه طبیعتاً از دیدگاه اقتصادی موجه نمی باشد.

برای بررسی ارتباط ترانسفورماتور با مقدار پیك مصرف، با فرض اینكه مصرف منطقه ای 100 كیلو ولت آمپر باشد بر حسب اینكه ظرفیت ترانسفورماتور 100 كیلو ولت آمپر یا بیشتر باشد، مقدار تلفات توان و انرژی (مجموع تلفات بارداری و بی باری) آن برای یك دوره یكساله محاسبه می شود برای محاسبه تلفات توان و انرژی از روابط (1 و 2) استفاده می شود گرچه در عمل تغییرات شرایط جوی و محیطی و همچنین عوامل فنی مؤثر در شبكه باعث تغییر مختصری در مقادیر اسمی تلفات بارداری و بی باری می شوند اما در این مطالعات از تأثیر آنها صرفنظر می‌شود.

 

 

در این روابط :

LL- تلفات بارداری در بار اسمی، كیلو وات

NL- تلفات بی باری كیلو وات

Sn- ظرفیت اسمی ترانسفورماتور كیلو ولت آمپر

S- پیش بار ترانسفورماتور كیلو ولت آمپر

PL- تلفات توان ترانسفورماتور در بار S

EL- تلفات انرژی ترانسفورماتور در بار S

T- دوره مطالعه، ساعت

ضمناً LSF ضریب تلفات مصرف می باشد كه مقدار آن تابعی از ضریب بار است در حالت كلی از رابطه زیر بدست می آید [2 , 5] :

(3)                                                                                 

K تابعی از ضریب بار می باشد كه برای بارهای پیوسته مقادیر آنرا می توان از جدول (2) بدست آورد :

جدول (2)- مقدار k برای انواع مختلف مصرف

نوع مصرف

مقدار k

- مصرف صنعتی یا مناطقی با ضریب بار سالیانه 7/0 تا 8/0

03/1

- شهرهای بزرگ یا مناطقی با ضریب بار سالیانه 6/0 تا 7/0

06/1

- شهرهای متوسط یا مناطقی با ضریب بار سالیانه 5/0 تا 6/0

09/1

- مناطق كشاورزی یا مناطقی با ضریب بار سالیانه 4/0 تا 5/0

11/1

- مناطق گرمسیری یا مناطقی با ضریب بار سالیانه 3/0 تا 4/0

14/1

- شبكه سراسری یا مناطقی با متوسط ضریب بار سالیانه 6/0

08/1

به كمك جدول روابط (1 و 2) مقادیر تلفات توان و انرژی ترانسفورماتورها بر مبنای ارقام مختلفی از ضریب بار و ظرفیت محاسبه و نتیجه در جدول (3) درج گردیده است. همانطور كه این جدول نشان می دهد هر چه ظرفیت افزایش می یابد تا محدوده معینی از ظرفیت، تلفات انرژی كاهش و از آن به بعد افزایش می یابد به عبارت دیگر حتی اگر بار عبوری از ترانسفورماتور ناچیز هم باشد گر چه تلفات بارداری تقریباً صفر می باشد اما تلفات بی باری تقریباً صفر می باشد اما تلفات بی باری تقریباً معادل حالت بارداری باقی می ماند، بهمین دلیل در ضریب بارهای كم، تأثیرات عامل در كل تلفات انرژی ترانسفورماتور زیاد می باشد.

جدول (3) حداكثر تلفات توان (كیلو وات) و كل تلفات انرژی در یك دوره یكساله (كیلو وات ساعت) بر مبنای تغییرات ظرفیت ترانسفورماتورها و ضریب بار

قدرت اسمی

كیلو ولت آمپر

تلفات توان

كیلو وات

ضریب بار

 

40/0

50/0

60/0

70/0

100

125

200

250

315

400

500

600

49/2

00/2

47/1

32/1

26/1

25/1

31/1

43/1

6333

5993

6393

6451

7153

8073

9245

10877

8110

7323

7142

7043

7606

8408

9505

11071

10165

8853

8002

7723

8126

8793

9803

11295

12484

10578

8972

8491

8713

9228

10139

11548

3- قیمت ترانسفورماتورها

همانطور كه جدول (3) و منحنی شكل (1) نشان می دهد برای بار عبوری ثابت با افزایش ظرفیت ترانسفورماتورها گرچه تلفات بی باری زیاد می شود اما مجموع تلفات داخلی آنها تا محدوده معینی از ظرفیت كاهش می یابد ولی این كاهش تلفات همواره به معنی اقتصادی بودن نمی باشد چون انتخاب ظرفیت های بالاتر همراه با پرداخت هزینه های بیشتر برای خرید ترانسفورماتورها و تجهیزات وابسته به آنها نمی باشد كه در بسیاری موارد ممكن است اضافه درآمد ناشی از كاهش تلفات، سرمایه گذاری اضافی را جبران نكند. جدول (4) قیمت فروش چند نمونه از ترانسفورماتورهای ساخت شركت ایران ترانسفو را در سال 1379 نشان می دهد.3

4- ظرفیت بهینه از دیدگاه تلفات

شكل (1) منحنی تغییرات تلفات داخلی ترانسفورماتورها را به صورت تابعی از ظرفیت نشان می‌دهد. همانطور كه پیداست وقتی ظرفیت ترانسفورماتور افزایش می یابد تا حد مشخصی تلفات كاهش و از آن به بعد تلفات افزایش می یابد. اگر كاهش تلفات داخلی ترانسفورماتورها هدف باشد ظرفیت بهینه تابعی است از ضریب بار چون با افزایش ضریب بار ظرفیت بهینه تغییر می كند با توجه به جدول (3) مشخص می شود كه اگر ضریب بار 40/0 یا 5/0 و 6/0 و یا 7/0 باشد ظرفیت بهینه از دیدگاه تلفات به ترتیب 125 و 250 و 250 و 250 می باشد.

اما در عمل انتخاب ظرفیت بالاتر همواره با پرداخت هزینه بیشتر برای خرید ترانسفورماتور می‌باشد كه در اغلب موارد توجیه اقتصادی ندارد به عنوان مثال اگر برای مصرف كننده ای با بار ثابت 100 كیلو ولت آمپر و ضریب بار 7/0 ترانسفورماتور 250 كیلو ولت آمپری بجای 100 كیلو ولت آمپری نصب شود گرچه هر ساله 3992 كیلو وات ساعات از تلفات داخلی آن كاهش می‌یابد اما در عوض برای خرید ترانسفورماتور 250 كیلو ولت آمپری لازم است مبلغ 51/3 میلیون ریال هزینه بیشتری پرداخت نماید بنابراین گرچه با انتخاب ظرفیت بیشتر تلفات داخلی كاهش می یابد اما همواره افزایش قیمت ترانسفورماتور این جایگزینی را توجیه نمی نماید در مواردی كه ارزش انرژی الكتریكی بالا باشد دو راه حل می تواند مد نظر قرار گیرد كاهش تلفات داخلی ترانسفورماتورها از طریق به كارگیری مواد بهتر یا توجیه پذیر باشد. اما برای انجام بررسی دقیق‌تر لازم است افزایش قیمت تجیهزات كمكی ترانسفورماتور و ارزش تلفات توان نیز مد نظر قرار گیرند.

5- بررسی اقتصادی

همانطوری كه در بالا اشاره گردید اگر ظرفیت ترانسفورماتورهای توزیع بیش از حداكثر بار آنها انتخاب گردد تا حدی از ظرفیت تلفات كاهش و بیشتر از آن افزایش می یابد كه در شكل (1) منحنی تغییرات تلفات بر حسب ظرفیت نشان داده شده است به عبارت دیگر اگر هدف كاهش تلفات باشد در برخی موارد ممكن است افزایش تلفات موجه باشد در چنین موارد از یك طرف باید هزینه بیشتری بابت خرید ترانسفورماتورها و تجهیزات وابسته به آن پرداخت نمود از سوی دیگر این اقدام سبب كاهش تلفات توان و انرژی می گردد.

اگر حداكثر بار عبوری از ترانسفورماتور 100 كیلو ولت آمپر باشد و در این حالت بجای ظرفیت 100 از ظرفیت 250 كیلو ولت آمپری استفاده شود مقدار انرژی (برای ضریب بار 7/0) 3992 كیلو وات ساعت و تلفات توان 17/1 كیلو وات كاهش می یابد به عبارت دیگر از یك طرف منبع مبلغ 51/3 میلیون ریال اختلاف قیمت دو نوع ترانسفورماتور باید پرداخت شود اما در مقابل سالانه 3992 كیلو وات ساعت و 17/1 كیلو وات صرفه جوئی انرژی و توان در محل توزیع را بهمراه خواهد داشت با توجه به اینكه در ساعات پیك مصرف، حدود سی درصد از توان الكتریكی در مسیر تولید تا مصرف به هدر می رود [2] در عمل توان آزاد شده در سطح نیروگاه حدود 67/1 كیلو ولت خواهد بود  بنابراین مناسب بودن یا عدم مناسب بودن ظرفیت های بالاتر به پارامترهای فنی و اقتصادی بستگی دارد در مورد نمونه فوق اگر پیك تلفات ترانسفورماتور در ساعات پیك شبكه سراسری برق اتفاق افتد این جابجائی می توان 67/1 كیلو وات از ظرفیت نیروگاه را آزاد نماید اگر قیمت نیروگاه گازی كه كمترین قیمت را در مقایسه با نیروگاههای بخاری و سیكل تركیبی دارد ملاك مقایسه قرار گیرند (5/2 میلیون باری هر كیلو وات عملی).

صرفه جوئی ناشی از 67/1 یك كیلو وات معادل 16/4 میلیون ریال می باشد كه از دیدگاه منافع ملی جایگزینی ترانسفورماتور 250 را بجای 100 كیلو وات آمپری توجیه می نماید البته با توجه به اینكه بار عبوری از ترانسفورماتورها همواره ثابت نمی باشند و یا اینكه شرایط فنی و اقتصادی ممكن است از حالتی به حالت دیگر تغییر نماید لذا اقتصادی بودن در این حالت به معنی اقتصادی بودن در تمام حالات نمی باشد اما اگر قرار باشد شركت های توزیع بر مبنای منافع اقتصادی خود تصمیم گیری نمایند باید سرمایه گذاری حداقل 51/3 میلیون ریال با باز فروش 3992 كیلو وات ساعت و 17/1 كیلو وات مورد مقایسه قرار گیرد البته ظرفیت بهینه تابعی از قیمت ترانسفورماتورها تلفات توان و انرژی نرخ بهره و تورم و همچنین نوع مصرف كننده و ضریب بار آن می باشد كه بر حسب ظرفیت بهینه تغییر می كند.

ظرفیت

كیلو ولت آمپر

قیمت

میلیون ریال

25

50

100

125

200

 

250

315

400

500

 

630

800

1000

1250

1600

29/4

52/5

39/7

13/8

71/9

 

90/10

48/12

71/17

98/20

 

27/24

85/29

55/35

19/41

31/51

جدول (4) قیمت فروش انواع در سال 1379

 

6- نتیجه

بررسیهای انجام شده در رابطه با ترانسفورماتورهای ساخت شركت ایران ترانسفو كه برای شبكه‌های 20 كیلو ولت كشور طراحی شده اند نشان می دهد كه افزایش ظرفیت آنها به مقادیری بیش از حداكثر بار عبوری تا محدوده مشخص نه تنها باعث افزایش تلفات سیستم نمی گردد بلكه تلفات داخلی ترانسفورماتورها را كاهش می دهد در این مقاله نشان داده شده است اگر ظرفیت ترانسفورماتورها بیش از حداكثر بار عبوری انتخاب شوند، در برخی موارد ضمن اینكه تلفات سیستم را كاهش می دهند از نظر اقتصادی نیز جایگزینی ترانسفورماتور بزرگتر را توجیه می نمایند در نمونه مورد مطالعه در مقاله نشان داده شد اگر بجای ظرفیت 100 از ظرفیت 250 كیلو ولت آمپری استفاده شود مقدار تلفات انرژی 3992 كیلو وات ساعت و تلفات توان 17/1 كیلو وات كاهش می یابد كه از دیدگاه منافع ملی، تنها صرفه جوئی ناشی از تلفات توان جایگزینی ترانسفورماتور بزرگتر را توجیه می نماید. اما از دیدگاه منافع شركت های توزیع سرمایه گذاری مربوط به خرید ترانسفورماتور بزرگتر باید با باز فروش توان و انرژی كاهش یافته مقایسه گردد.

چون عوامل بسیار زیادی در انتخاب ظرفیت بهینه ترانسفورماتورها مؤثر می باشند، ضروری به نظر می رسد با توجه به بررسیهای مقدماتی انجام شده، ضمن بازنگری در طراحی ترانسفورماتورهای توزیع و كاهش تلفات داخلی آنها اقدامات جامع تری در سطح كشور برای این منظور انجام، تا امكان انتخاب و استفاده بهینه با توجه به تلفات داخلی و قیمت آنها كه طبیعتاً متناسب با نوع مصرف ساخته انجام می شوند، عملی گردد.



طبقه بندی: انتقال و توزیع،
برچسب ها:انتخاب ظرفیت ترانسفورماتور از دیدگاه بهینه سازی تلفات الكتریكی،
ارسال توسط مهدی میرحسینی | تاریخ : پنجشنبه 27 آذر 1393 | نظرات ()
عناوین آخرین مطالب ارسالی
صفحات دیگر