الف - همه چیز درباره تلفات انرژى در شبکه‌هاى برق

منظور از تلفات انرژى در شبکه برق‌رساني، در واقع کل تلفاتى است که شبکه در فرايند تحويل انرژى الکتريکى از توليد تا مصرف متحمل مى‌شود. توليد و انتقال نيرو، تغيير سطح ولتا‌ژ، سطح ولتا‌ژ توسط پست‌هاى تبديل، پست‌هاى توزيع نيرو، مصرف‌کنندگان برق، اعم از مشترکين خانگي، تجاري، اداري، صنعتى و کشاورزى هر کدام بخشى از انرژى را تلف مى‌کنند.
يکى ازموارد مهمى که کمتر به‌عنوان تلفات منظور مى‌شود، ديماند بيش ازحد مشترکين صنعتى است. بنابراين با اجراى صحيح مديريت مصرف مى‌توان بيشينه توان مصرف کننده را کاهش داده، بدون آنکه خللى در برنامه کار مصرف‌کننده به وجود آيد. تلفات مى‌تواند همانند نياز مصرف باعث افزايش ظرفيت نيروگاه‌ها شود. کاهش تلفات انرژى شايسته است که کاهش تلفات توان نيز مورد توجه قرار گيرد. فزون بر آنچه گفته آمد، براى تلفات بار راکتيو نيز مى‌بايد شاخص اقتصادى منظور شود.
توليد ناخالص الکتريسيته توليد ناخالص، مقدار کل انرژى الکتريکى توليد شده در هر نيروگاه با احتساب مصرف داخلى نيروگاه است که در محل خروجى مولدها قرائت مى‌شود. اگر انرژى الکتريکى از ساير شرکت‌هاى برق خريدارى شده باشد، مى‌بايد در کل توليد الکتريسيته منظور شود.
توليد خالص الکتريسيته
توليد خالص، انرژى الکتريکى توليد شده توسط ژنراتورها، منهاى مصرف داخلى نيروگاه است (انرژى الکتريکى در محل خروجى نيروگاه و تحويل به شبکه جهت تامين نياز مصرف‌کنندگان، همان انرژى يا توليد خالص است.)
مصرف داخلى نيروگاه
انرژى الکتريکى مصرفى تجهيزات داخلى براى بهره‌بردارى از نيروگاه را مصرف داخلى نيروگاه مى‌گويند. در محاسبات فروش انرژي، هزينه انرژى صرف شده در داخل نيروگاه را نيز مى‌بايد منظور کرد. در واقع مصرف داخلى نيروگاه به‌عنوان يک مصرف کننده بزرگ مى‌بايد در نظرگرفته شود.
تلفات انتقال
تلفات ناشى از مشخصه‌هاى الکتريکى خطوط همانند تلفات مسي، تلفات کورونا، مقره‌ها و جز اينهاست.
تلفات پست‌هاى برق
انرژى الکتريکى مصرف شده به هنگام تبديل ولتا‌ژ، افزايش يا کاهش سطح ولتا‌ژ در شبکه برق يا پست توزيع برق است.
(مصرف داخلى پست+ انرژى تحويلى به شبکه بعد- (انرژى تحويلى از شبکه = تلفات پست برق)
تلفات توزيع
عبارت است از انرژى الکتريکى تلف شده توسط شبکه توزيع برق: توليع اوليه، ترانسفورماتورها، توزيع، توزيع ثانويه، تلفات مربوط به مشترکين، دستگاه‌هاى اندازه‌گيري،انشعابات غيرمجاز و جز اينها)
تقسيم بندى تلفات
اصولا تلفات از دو مولفه عمده تشکيل مى‌شود: تلفات تاسيساتى و تلفات غيرتاسيساتي تلفات تاسيساتي تلفات تاسيساتى شامل موارد زير است:
1- تلفات خطوط ناشى از مقاومت رساناها
3- تلفات ترانسفورماتور وتنظيم‌کننده ولتا‌ژ تلفات بار (تلفات مسي) تلفات بى‌بارى (تلفات آهني)
4- تلفات هاله‌اى يا کورونا در شبکه‌هاى برق فشار قوى و يا شبکه‌هاى با ولتاژ بسيار زياد
5- تلفات عايقي، بويژه در کابل‌هاى زميني
6- تلفات مربوط به وسايل اندازه‌گيرى انرژى الکتريکى (کنتورها)
7- تلفات ضريب توان
8- تلفات مربوط به افت ولتا‌ژ
9- تلفات نامتعادلى بار
10- تلفات بى‌بارى ترانسفورماتورها در کل شبکه و تلفات ترانسفورماتورهاى مونتا‌ژ داخل
11- تلفات مربوط به عوامل ديگر
تلفات غيرتاسيساتي
تلفات غيرتاسيساتى شامل موارد زير است:
الف) برق دزدى توسط مشترکين داراى کنتور برق
- از طريق خارج کردن کنتور از مدار
- رشوه دهى مستقيم به کنتورنويسان
- رشوه دهى غيرمستقيم به کنتورنويسان
- برق دزدى توسط مشترکينى که مصرفشان قرائت نمى‌شود
- افزايش غيرقانونى ديماند بيش از مقدار قراردادي
- انشعاب دهى غيرقانونى به واحدهاى مسکونى و غيرمسکونى همجوار
ب) انشعاب گيرى غيرقانونى شامل موارد زير است:
- انشعاب‌گيرى مستقيم از شبکه توزيع برق (انشعاب گرفتن از سر تير چراغ برق)
- سوءاستفاده‌هاى قبلى مشترکين جديد از انرژى الکتريکي
- سوءاستفاده‌ از انرژى الکتريکى پس از انقضاى قرارداد سرويس‌دهي
علل کارکرد نادرست کنتورهاى برق
- آسيب‌ديدگى کنتورها
- کاليبره يا تنظيم نبودن کنتورها
- سيم‌کشى غيراستاندارد کنتورهاى برق (توسط کارکنان شرکت‌هاى توزيع برق)
موارد مربوط به سوءاستفاده از انرژى الکتريکى با همدستى کارکنان شرکت‌هاى توزيع برق
- تقلب کنتورنويسان در ثبت مقدار مصرف واقعى انرژى الکتريکى (کمترنويسي)
- صدور قبض برق، کمتر از مقدار مصرف واقعى مشترک (از طريق رايانه)
- عدم صدور قبض برق براى مشترک خاص
و اما موارد ديگر
- مصرف برق ثبت و ضبط نشده توسط کارکنان شرکت‌هاى توزيع برق
- نقض قرارداد
برآورد تلفات شبکه برق
توليد ناخالص برق= مجموع توليد شبکه سراسرى و شبکه‌هاى جداافتاده يا ايزوله + مجموع انرژى الکتريکى خريدارى شده
توليد خالص برق= توليد ناخالص برق- کل مصرف داخلى نيروگاه
تلفات انتقال اوليه= توليد خاص برق- (جمع توليد يکايک واحدهاى نيروگاه: انتقال ثانويه + جمع انرژى الکتريکى تحويلى به انتقال ثانويه + جمع انرژى الکتريکى تحويل به توزيع اوليه)
تلفات انتقال ثانويه = مجموع انرژى تحويلى به انتقال ثانويه + جمع توليد يکايک واحدهاى نيروگاه - (جمع انرژى الکتريکى تحويلى به توزيع اوليه + جمع انرژى الکتريکى تحويلى به توزيع ثانويه + جمع انرژى الکتريکى تحويلى به مشترکان فشار قوي)
تلفات توزيع اوليه= مجموع انرژى الکتريکى تحويلى به توزيع اوليه- (مجموع انرژى الکتريکى به توزيع ثانويه + مجموع انرژى الکتريکى تحويلى به مشترکين فشار قوي)
تلفات توزيع ثانويه= مجموع انرژى تحويلى به توزيع ثانويه- مجموع فروش انرژى الکتريکى به مشترکين
تلفات پست‌هاى برق= مجموع انرژى الکتريکى تحويلى به پست برق- (مجموع انرژى الکتريکى خروجى از پست + کل مصرف داخلى پست برق)
تلفات انتقال= تلفات انتقال اوليه + تلفات انتقال ثانويه
تلفات توزيع= تلفات توزيع اوليه+ تلفات توزيع ثانويه
تلفات انتقال وپست= تلفات انتقال + تلفات پست
تلفات انتقال و توزيع= تلفات انتقال+ تلفات پست+ تلفات توزيع
محاسبه درصد تلفات انرژى الکتريکي
دو روش براى محاسبه درصد تلفات انرژى وجود دارد. روش اول، برمبناى توليد ناخالص برق و روش دوم برپايه توليد خالص برق به‌عنوان درصدى از توليد خالص يا ناخالص است:
درصد تلفات انتقال اوليه

1- نسبت تلفات انتقال اوليه به توليد ناخالص برق 100x
2- نسبت تلفات انتقال اوليه به توليد خاص100x

درصد تلفات انتقال ثانويه

1- نسبت تلفات انتقال ثانويه به توليد ناخالص 100x
2- نسبت تلفات انتقال ثانويه به توليد خاص 100x

درصد تلفات توزيع اوليه
1- نسبت تلفات توزيع اوليه به توليد ناخالص 100x
2- نسبت تلفات توزيع اوليه به توليد خاص100x

درصد تلفات توزيع ثانويه
1- نسبت تلفات توزيع ثانويه به توليد ناخالص100x
2- نسبت تلفات توزيع ثانويه به توليد خاص 100x

درصد تلفات پست‌هاى برق
1- نسبت تلفات پست اوليه به توليد ناخالص 100x
2- نسبت تلفات پست اوليه به توليد خالص100x

درصد تلفات انتقال
-1نسبت تلفات انتقال به توليد ناخالص 100x
2- نسبت تلفات انتقال به توليد خالص100x

نسبت تلفات توزيع
1- نسبت تلفات توزيع به توليد ناخالص100x
2- نسبت تلفات توزيع به توليد خالص 100x

درصد تلفات انتقال و پست‌هاى برق
1- نسبت تلفات انتقال و پست‌هاى برق به توليد ناخالص100x
2- نسبت تلفات انتقال و پست‌هاى برق به توليد خالص 100x

درصد تلفات انتقال وتوزيع
1- نسبت تلفات انتقال وتوزيع به توليد ناخالص100x
2- نسبت تلفات انتقال وتوزيع به توليد خالص 100x

راهکارهاى کاهش واقعى تلفات
کاهش تلفات فقط به تاسيسات برق مربوط نمى‌شود بلکه انشعاب‌هاى غيرمجاز، برق دزدى مانند اينها را نيز دربرمى‌گيرد. بنابراين کاهش تلفات در کوتاه مدت ممکن نيست و نبايد از شرکت توليد برق چنين انتظارى را داشت. کاهش تلفات نيازمند کنترل پيوسته و واقعى و نيز نظارت سازمان اجرايى برق‌رسانى در حيطه تاسيسات برق و انشعاب‌هاى غيرمجاز و جز اينهاست.تجزيه و تحليل، شرکت توليد برق بايد مشکلات مرتبط با تلفات در شبکه و تاسيسات برق را فهرست‌وار بنويسد و راهکارهاى کاهش آن را ارائه نمايد. در اين مرحله، شرکت توليد برق براى کاهش تلفات لازم است وظايف را بين شرکت‌هاى برق منطقه‌اي، شرکت‌هاى توزيع نيروى برق و ساير بخش‌هاى سازمان برق‌رسانى تقسيم کند.
فزون بر آن شرکت توليد برق مى‌بايد روند کاهش تلفات را پيوسته موردبررسى قراردهد. همچنين ضرورى است از کارها و اقدامات انجام شده ارزيابى سالانه، شش ماهه، دو ماهه يا ماهانه به عمل آيد. در مورد تلفات غيرتاسيساتي،فقط نظارت شديد و توبيخ مشترکانى که برق دزدى مى‌کنند کافى نيست، بلکه با اطلاع‌رساني، فرهنگ سازي، مشاوره با جامعه شناسان و روانشناسان و از همه مهم‌تر حل مشکل بيکارى مى‌توان تلفات غيرتاسيساتى را به سطح قابل قبولى رساند.
در بيشتر کشورهاى در حال توسعه تلفات غيرتاسيساتي، سهم زيادى از تلفات انتقال و فوق توزيع را تشکيل مى‌دهد.
بنابراين بسزاست که شرکت‌هاى برق‌رساني، پيش از کاهش تلفات تاسيساتى به فکر کاهش تلفات غيرتاسيساتى باشند و براى کاهش تلفات غيرتاسيساتى راهکارهاى فني، اجتماعى و فرهنگى تدوين نمايند.
هنگامى که تلفات غيرتاسيساتى به اندازه قابل قبولى رسيد، آن‌گاه مى‌بايد فعاليت‌هاى مربوط به کاهش تلفات تاسيساتى يعنى بازسازى و نوسازى شبکه برق را آغاز کرد. به عبارت ديگر به موازات انجام اقدامات فنى و فرهنگى مربوط به کاهش تلفات غيرتاسيساتي، ضرورى است بهينه‌سازى شبکه‌هاى برق به منظور کاهش تلفات تاسيساتى انجام پذيرد. گفتنى است کاهش تلفات غيرتاسيساتى حتى ممکن است تا 10 سال به طول انجامد.
الگوى کاهش تلفات
الگوى کاهش تلفات برپايه تجربه به دست مى‌آيد. کاهش تلفات اساسا سفسطه‌آميز است. تعميم آن براى تمام کشورها موضوعى پيچيده و دشوار است و اين به سبب تغييرات اساسي، اقتصادي، اجتماعى و موقعيت فرهنگى کشورهاى مختلف است. فزون بر آن، موقعيت جغرافيايى کشورها نيز متفاوت است.
تبادل انرژي
طبق بهره‌بردارى از پخش بار اقتصادي، درصد استفاده از نيروگاه حرارتي، واقع در نزديکى مرکز بار، کمتر است از نيروگاه اتمى دور از مرکز بار اين وضعيت، تبادل انرژى را افزايش مى‌دهد و اين افزايش تبادل انرژى بر افزايش تلفات انتقال تاثيرگذار است. و اين در حالى است که در زمينه کاهش تلفات هنوز اقدامى صورت نگرفته، زيرا تلفات هزينه‌هاى سوخت زياد است.
وظايف دفترهاى مهندسى در ارتباط با کاهش تلفات به شرح زير است:
دفتر مهندسى انتقال
1- استفاده از ظرفيت زياد رساناها و رسانه‌هاى باندل
2- آرايش شبکه رينگKV 345 کيلوولت به صورت خط انتقال اصلي
3- توسعه شبکه رينگ KV154 براى يک مرکز بار متراکم
4- تبديل آرايش فازى خط انتقال
(آرايش توالى فاز مثبت، آرايش توالى فاز منفي)
دفتر مهندسى پست
1- بهره‌بردارى يکسان از ترانسفورماتورها در پست‌هاى برق در خلال مدت کم بار
2- افزايش ولتاژ شبکه و ساده‌سازى پله‌هاى ولتاژ
3- توسعه سيستم نظارت و کنترل و سيستم جمع‌آورى داده‌ها (اسکادا)
4- نصب بانک‌هاى خازنى به منظور اصلاح ضريب توان
دفتر مهندسى توزيع
1- تغير سطح ولتاژ براى توزيع اوليه و ثانويه
2- بهبود افت ولتاژ و ضريب توان
3- تعمير و نگهداري
4- اصلاح نامتعادلى بار
5- بازديد دوره‌اى از وسايل اندازه‌گيرى (بويژه کنتورهاى برق)
6- نظارت بر پست‌هاى هوايى (ترانسفورماتور)
7- توسعه و توزيع ترانسفورماتورها و رساناهاى با تلفات کم
علل اصلى مربوط به تغييرات درصد تلفات انتقال و توزيع براى هر مرحله تحويل انرژي، علل زيادى مى‌تواند باعث تغيير درصد تلفات انتقال و توزيع ‌شود. که در زير رده بندى شده است:
1- درصد رشد يا افزايش مصرف انرژي
به طور کلى تلفات انرژى را مى‌توان اين چنين بيان کرد:
kWh(10-3RTx)2=I
: Iجريان بار
:R مقاومت رسانا
:T ساعت بهره‌برداري
رابطه فوق نشان مى‌دهد تلفات با توان دوم درصد رشد مصرف انرژى متناسب است،‌ در صورتى که مقاومت رسانا و ساعت بهره‌بردارى ثابت فرض شود. تلفات انرژي، باوجود اين به طور مطلق با توان دوم درصد رشد مصرف انرژى متناسب نيست، زيرا تلفات انرژى شامل تلفات آهنى و جريان بار متغير ترانسفورماتور زير بار است. براى نمونه، در شرکت کره‌اي، تلفات انرژى با توان 8.1 درصد رشد مصرف انرژى متناسب است، زيرا 78 درصد کل تلفات مربوط به تلفات مسى و 22 درصد آن مربوط به تلفات آهنى است.
تغذيه مستقيم مشترکين با ولتاژ زياد
با اصلاح محيط اجتماعي، فرهنگى و اقتصادي، درصد استفاده مشترکين خانگى از انرژى الکتريکى نيز افزايش مى‌يابد. اين افزايش بار باعث افزايش درصد تلفات مى‌شود. برعکس افزايش مشترکين (با ولتا‌ژ زياد) که مستقيما به پست برق متصلند درصد تلفات را کاهش مى‌دهد و اين به سبب جلوگيرى از ايجاد تلفات در خطوط و ترانسفورماتورهاى کاهنده است.
ضريب بار
ضريب بار، نسبت بار متوسط به بار پيک است. ضريب بار زياد بدين معناست که منحنى بار از شيب ملايمى برخوردار است. افزايش ضريب بار باعث کاهش درصد تلفات مى‌شود، زيرا ضريب تلفات با توان دوم بار متناسب است.
ضريب بار در کشور کره، همانند کشورهاى پيشرفته،‌ به سبب افزايش سريع بارهاى برودتى مشترکين در فصل تابستان، کاهش يافته است.
براى اصلاح اين وضعيت، کوشش به عمل آمده که بار پيک محدود شود و به مشترکاني، که در نيمه شب از برق استفاده مى‌کنند با استفاده از تعرفه مخفف امتيازاتى داده شود. اين نوع مديريت بار، يک هدف ضمنى را دنبال مى‌کند و آن جا به جايى نوبت کار در کارخانه‌ها يا عدم استفاده از وسايل و تجهيزات انرژى خوار در ساعات اوج مصرف است و در واقع ضريب بهره‌بردارى از امکانات شبکه برق را مرحله‌بندى مى‌کند. اين روش مديريت (مديريت مصرف برق) از نظر اثربخشي، نقش دوم را داراست.
کاهش تلفات و اقدامات مرتبط
در نتيجه اقدامات مختلف در زمينه کاهش تلفات و اتخاذ تدابيرى که عليه برق دزدى و انشعاب‌هاى غيرمجاز، در بخش‌هاى انتقال، پست‌هاى برق و توزيع نيرو، تلفات اساسا کاهش خواهد يافت. فزون بر آن، وجود اشتباهات زياد در ثبت و ضبط اطلاعات و آمار، شامل خطاى اندازه‌گيري، تعويض سيستم قرائت کنتور و کنتور نويسى در زمان‌هاى مختلف مى‌تواند بر روى درصد تلفات کل تاثيرگذار باشد. اين نوع تلفات واقعى نبوده و آن را تلفات کاذب مى‌ناميم.
تلفات سيستم و تجزيه و تحليل بار

براى به دست آوردن تلفات انرژى در يک پريود يا دوره زمانى منحنى تداوم بار را بر مبناى پريونيت ترسيم مى‌کنند به گونه‌اى که کيلوولت آمپر پيک در خلال اين دوره زماني،‌يک پريونيت و زمان کامل پريود نيز يک پريونيت در نظر گرفته مى‌شود. در منحنى تداوم بار، سطح زير منحني، ضريب بار را نشان مى‌دهد. سطح زير منحنى تداوم بار برابر است با توان دوم ضريب تلفات شکل زير منحنى بار روزانه را براى يک فيدر مسکونى نمونه نشان مى‌دهد. اين منحنى زمانى بار را مى‌توان به سطوح مربعى يکسان تقسيم کرد. زمان کل (24 ساعت در اين مورد) يک پريونيت است و کيلوولت آمپر پيک نيز يک پريونيت است.
تلفات شبکه برق (به طور نمونه)
هنگام توليد خالص‌ (برق) تقريبا 9 درصد قدرت خروجى سيستم‌هاى مختلف برق تلف مى‌شود و در محاسبات تلفات نيز ناديده انگاشته مى‌شود. بنابراين، ضرورى است در طراحى مهندسى شبکه‌هاى برق دقت زيادى به عمل آيد، تا براى تامين اين‌گونه تلفات سرمايه‌گذارى زيادى انجام نشود.
اصول تجزيه و تحليل تلفات
تلفات را معمولا برپايه دو مولفه انرژى و ديماند ارزيابى مى‌کنند. يکى از نکات مهم،‌ درنظر گرفتن ميزان رشد و توسعه شبکه برق در برنامه‌ريزى و طراحى است. به عبارت ديگر درنظر گرفتن هزينه تلفات توان انرژى و توان راکتيو است. به طور کلى با سرمايه‌گذارى هنگفت مى‌توان تلفات را در خطوط و تجهيزات کاهش داد.
مولفه ديماند و مولفه قدرت هزينه تلفات مى‌بايد هنگام تجزيه و تحليل تلفات مورد بررسى قرار گيرد.
هزينه مولفه انرژى شامل افزايش هزينه توليد انرژى يا انرژى خريدارى شده نيز مى‌شود.
هزينه تلفات راکتيو نيز بسيار مهم است. تلفات راکتيو براى حداکثر نياز بخشى از شبکه محاسبه مى‌شود.
تلفات راکتيو باهزينه سالانه تجهيزات تعديل توان راکتيو نصب شده در بخشى از شبکه محاسبه مى‌شود.
ضريب تلفات نسبت تلفات متوسط به تلفات حداکثر است و براى هر بار داده شده، مقدار آن بين ضريب بار و توان دوم آن قرار دارد. پراکندگى مصارف ظرفيت رزرو و تلفات
به سبب تنوع يا پراکندگى مصارف، تلفات بار پيک (در شبکه برق) نمى‌تواند درست همان زمان پيک سيستم رخ دهد. بنابراين، تنها بخشى از تلفات با پيک شبکه همزمان مى‌شود. تلفات از نظر مقدار ثابت است (مانند تلفات هسته‌) و فرض مى‌شود که با بار پيک تمام عناصر شبکه منطبق باشد. براى تلفات اهمي، مانند تلفات مسي، ضريب تامين پيک تلفات، مجذور ضريب تامين پيک بار همزمان است. ضريب تامين پيک به معناى ضريب مشارکت نيروگاه‌ها جهت تامين توان پيک است.
محاسبات مى‌بايد بر پايه ضريب همزمانى صورت گيرد، زيرا تامين پيک نامعلوم است و مولفه‌هاى پيک در مدت طولانى پايدار نيست. ضريب همزمانى را مى‌توان باتوجه به ضريب بار عناصر سيستم برآورد کرد.
مثال: فرض مى‌کنيم ضريب بار در سمت مصرف کننده برابر 15 درصد و ضريب بار سيستم برابر 50 درصد باشد. ضريب همزمانى در نيروگاه برابر مى‌شود با : 3.0=50.15
مجذور ضريب همزمانى تقريبا برابر است با ضريب تامين پيک تلفات يعني: 09.0=2(3.0)
سرمايه‌گذارى برابر ديماند پيک مى‌بايد جزو ظرفيت رزرو برابر با درصد ثابت بار پيک در نظر گرفته شود.
تلفاتى که در بخشى از شبکه برق به وجود مى‌آيد، بار اضافى را به ساير بخش‌هاى سيستم تحميل مى‌کند. تلفات اضافى ناشى از بارهاى بزرگتر در بقيه سيستم بايد به تلفات توان و انرژى افزوده شود و براى عناصر مورد مطالعه، محاسبه شود.
مقدار مولفه‌هاى ديماند و انرژى مى‌بايد شامل اثر تجمعى افزايش تلفات باشد، که از طريق عناصر مختلف شبکه برق عبور مى‌کند.
منابع اقتصادى کاهش تلفات
در فرايند تحويل برق از مولد تا مصرف کننده، تلفاتى ايجاد مى‌شود که آن را تلفات انتقال و توزيع مى‌نامند. درصد تلفات انتقال و توزيع به صورت زير محاسبه مى‌شود:
روش‌هاى زيادى براى محاسبه کاهش تلفات انرژى وجود دارد، ولى روش منطقى‌‌تر،‌ دخالت دادن هزينه‌هاى سوخت است. هزينه سوخت لازم براى توليد 1 کيلووات ساعت را مى‌بايد با 1 کيلووات ساعت انرژى صرفه‌جويى شده ناشى از اقدامات کاهش تلفات انرژى مقايسه کرد.