دانشگاه
موضوع کار آموزی :
صنعت برق
استاد:
تهیه کننده:
رشته : برق قدرت
شماره دانشجویی:
زمستان
مقدمه
در یک هادی عایق شده مانند قطعه ای سیم مسی ، الکترونهای آزاد شبیه مولکولهای گازی که در ظرفی محبوس شده اند، حرکات کاتوره ای انجام می دهند و مجموعه حرکات آنها در طول سیم هیچ گونه جهت مشخصی ندارد. تعداد الکترونهایی که به چپ حرکت می کنند با تعداد الکترونهایی که به راست حرکت می کنند، یکی است و برآیند آنها صفر می باشد. ولی اگر دو سر سیم را به باتری وصل کنیم، این برآیند دیگر صفر نیست.
فهرست
عنوان صفحه
جریان الکتریکی 1
تاریخچه برق و الکتریسته 2
مشخصات جریان الکتریکی 2
سرعت رانش 4
چگالی جریان الکتریکی 4
اشکال مختلف جریان الکتریکی 5
اندازه گیری جریان الکتریکی 6
قانون اهم 7
آمپر متر چیست؟ 9
طرز کار آمپر متر 10
بکار بردن آمپر متر 12
مقاومت 14
تولید 16
تعاریف الکتریکی 17
تاریخچه تولید جریان الکتریسته 19
منابع انرژی اولیه بکار رفته در تولید برق 22
اتصال کوتاه برقی 24
برق اضطراری 26
انتقال توان الکتریکی 28
ورودی شبکه برق 29
خروجی شبکه 30
تولید 32
ژنراتور برقی(الکتریکی) 36
دیناموی گرام 38
مولدهای جریان مستقیم 42
ماشین های الکتریکی جریان مستقیم 43
جریان متناوب 44
توزیع برق و تغذیه خانگی 45
فرکانسهای AC در کشورها 49
تولید برق 55
لرزش دیوارها هم برق تولید می کند 66
نتیجه گیری 68
منابع 69
جریان الکتریکی در برق
جریان الکتریکی در برق ، جریان سرعت عبور الکترونها در یک سیم مسی یا جسم رسانا است. جریان قراردادی در تاریخ علم الکتریسته ابتدا به صورت عبور بارهای مثبت تعریف شد. هر چند امروزه می دانیم که در صورت داشتن رسانای فلزی ، جریان الکتریسته ناشی از عبور بارهای منفی ، الکترون ، در جهت مخالف است. علیرغم این درک اشتباه ، کماکان تعریف قراردادی جریان تغییری نکرده است. نمادی که عموما برای نشان دادن جریان الکتریکی (میزان باری که در ثانیه از مقطع هادی عبور می کند) در مدار بکار می رود، I است.
تاریخچه برق و الکتریسیته
تاریخ الکتریسیته به 600 سال قبل از میلاد می رسد. در داستانهای میلتوس (Miletus) می خوانیم که یک کهربا در اثر مالش کاه را جذب می کند. مغناطیس از موقعی شناخته شد که مشاهده گردید، بعضی از سنگها مثل مگنیتیت ، آهن را می ربایند. الکتریسیته و مغناطیس ، در ابتدا جداگانه توسعه پیدا کردند، تا این که در سال 1825 اورستد (Orested) رابطه ای بین آنها مشاهده کرد. بدین ترتیب اگر جریانی از سیم بگذرد می تواند یک جسم مغناطیسی را تحت تاثیر قرار دهد. بعدها فاراده کشف کرد که الکتریسیته و مغناطیس جدا از هم نیستند و در مبحث الکترومغناطیس قرار می گیرد.
مشخصات جریان الکتریکی
از نظر تاریخی نماد جریان I ، از کلمه آلمانی Intensit که به معنی شدت است، گرفته شده است. واحد جریان الکتریکی در دستگاه SI ، آمپر است. به همین علت بعضی اوقات جریان الکتریکی بطور غیر رسمی و به دلیل همانندی با واژه ولتاژ ، آمپراژ خوانده می شود. اما مهندسین از این گونه استفاده ناشیانه ، ناراضی هستند.
آیا شدت جریان در نقاط مختلف هادی متفاوت است؟
شدت جریان در هر سطح مقطع از هادی مقدار ثابتی است و بستگی به مساحت مقطع ندارد. مانند این که مقدار آبی که در هر سطح مقطع از لوله عبور می کند، همواره در واحد زمان همه جا مساوی است، حتی اگر سطح مقطعها مختلف باشد. ثابت بودن جریان الکتریسیته از این امر ناشی می شود که بار الکتریکی در هادی حفظ می شود. در هیچ نقطه ای بار الکتریکی نمی تواند روی هم متراکم شود و یا از هادی بیرون ریخته شود. به عبارت دیگر در هادی چشمه یا چاهی برای بار الکتریکی وجود ندارد.
سرعت رانش
میدان الکتریکی که بر روی الکترونهای هادی اثر می کند، هیچ گونه شتاب برآیندی ایجاد نمی کند. چون الکترونها پیوسته با یونهای هادی برخورد می کنند. لذا انرژی حاصل از شتاب الکترونها به انرژی نوسانی شبکه تبدیل می شود و الکترونها سرعت جریان متوسط ثابتی (سرعت رانش) در راستای خلاف جهت میدان الکتریکی بدست می آورند.
چگالی جریان الکتریکی
جریان I یک مشخصه برای اجسام رسانا است و مانند جرم ، حجم و … یک کمیت کلی محسوب می شود. در حالی که کمیت ویژه دانستیه یا چگالی جریان j است که یک کمیت برداری است و همواره منسوب به یک نقطه از هادی می باشد. در صورتی که جریان الکتریسیته در سطح مقطع یک هادی بطور یکنواخت جاری باشد، چگالی جریان برای تمام نقاط این مقطع برابر j = I/A است. در این رابطه A مساحت سطح مقطع است. بردار j در هر نقطه به طرفی که بار الکتریکی مثبت در آن نقطه حرکت می کند، متوجه است و بدین ترتیب یک الکترون در آن نقطه در جهت j حرکت خواهد کرد.
اشکال مختلف جریان الکتریکی
در هادیهای فلزی ، مانند سیمها ، جریان ناشی از عبور الکترونها است، اما این امر در مورد اکثر هادیهای غیر فلزی صادق نیست. جریان الکتریکی در الکترولیتها ، عبور اتمهای باردار شده به صورت الکتریکی (یونها) است، که در هر دو نوع مثبت و منفی وجود دارند. برای مثال، یک پیل الکتروشیمیایی ممکن است با آب نمک (یک محلول از کلرید سدیم) در یک طرف غشا و آب خالص در طرف دیگر ساخته شود. غشا به یونهای مثبت سدیم اجازه عبور می دهد، اما به یونهای منفی کلر این اجازه را نمی دهد. بنابراین یک جریان خالص ایجاد می شود.
جریان الکتریکی در پلاسما عبور الکترونها ، مانند یونهای مثبت و منفی است. در آب یخ زده و در برخی از الکترولیتهای جامد ، عبور پروتونها ، جریان الکتریکی را ایجاد می کند. نمونه هایی هم وجود دارد که علیرغم اینکه در آنها ، الکترونها بارهایی هستند که از نظر فیزیکی حرکت می کنند، اما تصور جریان مانند 'حفره های (نقاطی که برای خنثی شدن از نظر الکتریکی نیاز به یک الکترون دارند) مثبت متحرک ، قابل فهم تر است. این شرایطی است که در یک نیم هادی نوع p وجود دارد.
اندازه گیری جریان الکتریکی
جریان الکتریکی را می توان مستقیما توسط یک گالوانومتر اندازه گیری کرد. اما این روش نیاز به قطع مدار دارد که گاهی مشکل است. جریان را می توان بدون قطع مدار و توسط اندازه گیری میدان مغناطیسی که جریان تولید می کند، محاسبه کرد. ابزارهای مورد نیاز برای این کار شامل سنسورهای اثر هال ، کلمپ گیره های جریان و سیم پیچهای روگووسکی است.
مقاومت الکتریکی
اگر اختلاف پتانسیل معینی را یک بار به دو انتهای سیم مسی و بار دیگر به دو انتهای میله چوبی وصل کنیم، شدت جریانهای حاصل در هر لحظه با هم اختلاف زیادی خواهند داشت. خاصیتی از هادی را که اختلاف مزبور را باعث می شود، مقاومت الکتریکی گویند، که آن را با R نشان می دهند و مقدار آن برابر R = V/I است که در آن V اختلاف پتانسیل بین دو سر سیم و I جریان الکتریکی است. واحد مقاومت الکتریکی اهم یا ولت بر آمپر می باشد.
توان الکتریکی
یک مدار الکتریکی را در نظر می گیریم که حامل جریان I و ولتاژ V بوده و یک مقاومت Rدر آن قرار دارد. بار الکتریکی dq موقع عبور از مقاومت به اندازه Vdq ، از انرژی پتانسیل الکتریکی خود را از دست می دهد. طبق قانون بقای انرژی ، این انرژی در مقاومت به صورت دیگری ، مثلا گرما ظاهر می شود. گر در مدت زمان dt ، انرژی du حاصل شود، در این صورت داریم:
P=du/dt
در این رابطه P ، توان الکتریکی است که دارای واحد وات می باشد. برای یک مقاومت می توان توان را به صورت زیر:
P = RI2 نوشت.
قانون اهم
قانون اهم که به نام کاشف آن جرج اهم نام گذاری شده است، بیان می دارد که نسبت اختلاف پتانسیل (یا افت ولتاژ) بین دو سر یک هادی (و مقاومت) به جریان عبور کننده از آن به شرطی که دما ثابت بماند، مقدار ثابتی است:
V over I} = R}
که در آن V ولتاژ و I جریان است. این معادله منجر به یک ثابت نسبی R می شود که مقاومت الکتریکی آن وسیله نامیده می شود. این قانون تنها برای مقاومتهایی صادق است که مقاومت شان به ولتاژ اعمالی دو سرشان وابسته نباشد که به این مقاومت ها مقاومت های اهمی یا ایده آل یا وسیله های اهمی گفته می شود. خوشبختانه شرایطی که در آن قانون اهم صادق است، بسیار عمومی است.( قانون اهم هیچگاه برای ابزارهای دنیای واقعی کاملا دقیق نیست چرا که هیچ ابزار واقعی وجود ندارد که یک ابزار اهمی باشد). معادله V / I = R حتی برای ابزارهای غیر اهمی هم صادق است اما در آن صورت دیگر مقاومت R یک مقدار ثابت نیست و به مقدار V وابسته است. برای اینکه بررسی کنیم که آیا ابزاری اهمی است یا نه، می توان Vرا بر حسب I رسم کرد و نمودار بدست آمده را با خط مستقیمی که از مبدا می گذرد مقایسه کرد. معادله قانون اهم اغلب بصورت :
V = I cdot R
بیان می شود چرا که این معادله صورتی است که اکثر اوقات همراه مقاومت ها بکار برده می شود. فیزیکدانان اغلب فرم میکروسکوپیک قانون اهم را استفاده می کنند:
{mathbf{j} = sigma cdot mathbf{E
که در آن j چگالی جریان ( جریان عبوری از واحد حجم)، & هدایت و E میدان الکتریکی است. و در واقع فرمی است که اهم قانونش را بیان کرد. فرم عمومی V = I·R که در طراحی مدارات بکار می رود، نسخه ماکروسکوپیک متوسط گیری شده فرم اصلی است. دانستن این مطلب مهم است که قانون اهم یک قانون گرفته شده از ریاضیات نیست ولی بخوبی توسط شواهد تجربی تایید می شود. گاهی اوقات هم قانون اهم به هم می خورد چرا که این قانون بسیار ساده سازی شده است. منشا اصلی به وجود آمدن مقاومت در مواد در برابر جریان الکتریکی را می توان عیب ها، ناخالصی های مواد و این واقعیت که الکترون ها خودشان اتم ها را به این طرف و آن طرف می زنند، دانست. وقتی که دمای فلز افزایش می یابد، عامل سوم نیز افزایش می یابد بنابراین، وقتی که یک جسم به علت عبور جریان الکتریکی از آن گرم می شود، مانند رشته داخل حباب لامپ، مقاومتش افزایش می یابد. مقاومت یک جسم از معادله زیر بدست می آید:
(R = frac{L}{A} cdot rho = frac{L}{A} cdot rho_0 (alpha (T – T_0) + 1
که در آن & مقاومت ویژه، Lطول جسم هادی، A مساحت سطح مقطع آن، T دمای جسم، T_0 یک دمای مرجع (معمولا دمای اتاق) و rho_0 و alpha ثابت های ویژه ماده جسم هادی اند.
آمپر متر چیست؟
لغت ammeter از کلمه amper مشتق شده است. توجه کنید که حرف P در کلمه amper حذف شده است و فقط دو حرف اول این کلمه در لغت ammeter بکار رفته است. ما نمی توانیم الکترونها یا پروتونها را دیده یا لمس کنیم. به همین دلیل نمی توانیم آنها را بشماریم. در نتیجه به ابزاری احتیاج داریم تا بتوانیم آنها را بشماریم. شدت روشنایی لامپ مشخصاتی از شدت جریان را به ما نشان می دهد، ولی دو نقص اصلی دارد. اول اینکه نمی تواند شدت جریان را در واحدی که به آسانی قابل یادداشت و مقایسه با اندازه گیری شدت جریان در محلها و زمانهای دیگر است، اندازه بگیرد. همچنین در شدت جریانهای معین می توان از آن استفاده کرد. اگر مقدار شدت جریان خیلی کم باشد، لامپ روشن نمی شود و اگر شدت جریان خیلی زیاد باشد، لامپ می سوزد. برای رفع نقص اول به ابزاری احتیاج داریم که به ما نشان دهد، چند آمپر (چند کولن الکترون در هر ثانیه) در مدار جریان دارد. دستگاه مخصوصی که این اندازه گیری را انجام می دهد، آمپرمتر (ammetr) نامیده می شود.
طرز کار آمپرمتر
آمپرمتر مقدار شدت جریانی را که از آن می گذرد، بوسیله یک عقربه که در روی صفحه درجه بندی شده حرکت می کند، نشان می دهد. میزان انحراف عقربه آمپرمتر با تعداد الکترونهایی که از این دستگاه می گذرند، نسبت مستقیم دارد. یعنی نشان می دهد که چه مقدار بار الکتریکی در ثانیه از آن عبور می کند.
طرز استفاده از آمپرمتر
آمپرمتر از خیلی جهات شبیه کنتور آب است که میزان آب مصرف شده منازل را اندازه می گیرد. هر دو دستگاه (آمپرمتر و کنتور آب) باید طوری در مدار قرار گیرند که جریانهای الکتریسیته و آب از آنها بگذرد، تا بتوان شدت جریان را اندازه گرفت. تمام آبی که از لوله اصلی وارد خانه می شود، باید از کنتور آب عبور کند. آمپرمتر نیز باید طوری قرار گیرد که تمام جریان الکتریسته از ان بگذرد، تا بتوان تمام شدت جریان الکتریکی را بوسیله آن اندازه گرفت. این نوع اتصال را اتصال متوالی یا سری می گویند. یعنی اجزا تشکیل دهنده مدار در یک خط مستقیم (یک مسیر هدایت کننده) به یکدیگر اتصال دارند.
مراحل قرار دادن آمپرمتر در مدار
برای قرار دادن آمپرمتر در مدار متوالی به ترتیب زیر عمل کنید.
1. نیروی خارجی را که به مدار وارد می شود، قطع کنید.
2. آن قسمت از مدار را که آمپرمتر در آن قرار دارد، باز کنید یا ببرید.
3. انتهای مثبت آمپرمتر را به سیمی که به قطب مثبت پیل می رود، وصل کنید.
4. انتهای منفی آمپرمتر را به سیمی که به قطب منفی پیل می رود، وصل کنید.
مراحل 4 , 3 (که عبارتند از انتقال مثبت به مثبت ، منفی به منفی) را دقت در پلاریته می نامند و این امر مهم است. زیرا دستگاه اندازه گیری آمپرمتر شدت جریان را در یک جهت نشان می دهد. اگر دستگاه اندازه گیری را بطور عکس در مدار قرار دهیم، چون جریان در جهت عکس (که مناسب آمپرمتر نیست) از آن می گذرد و انحراف عقربه بوجود می آید که باعث شکسته شدن یا خم شدن آن می گردد. فیش قرمز را به جک قرمز آمپرمتر و فیش سیاه را به جک سیاه در بالای آمپرمتر وصل کنید.
خطای دستگاه اندازه گیری (Meter Tolrances)
باید توجه داشت که در یک مدار معین آمپرمترهای مختلف ، اندازه شدت جریان را با کمی اختلاف نشان می دهند. این امر بدان دلیل است که مقداری از انرژی که در مدار جریان دارد، برای بکار انداختن آمپرمتر مصرف می شود و همه آمپرمترها هم یکسان نیستند. همچنین به علت اختلافی که در ساختمان آمپرمتر و تلف شدن انرژی وجود دارد، شدت جریانی را که در روی آمپرمتر می خوانید، تقریبی است. دستگاه اندازه گیری درست است که حدود خطای آن 0± در صد اندازه واقعی باشد. یعنی اگر شدت جریان اصلی 100 آمپر باشد، روی دستگاه آمپرمتر حدود 9 تا 10 آمپر را می خوانید.
بکار بردن آمپرمتر
1. یک آمپرمتر ساده را بردارید. در انتخاب دستگاه اندازه گیری دقت کنید که شدت جریان مدار نباید بیش از حد تعیین شده برای اندازه گیری باشد. زیرا آمپرمتر بر حسب درجه بندی خود ، شدت جریانهای معینی را می تواند اندازه بگیرد. در مورد این آزمایش می توانید فرض کنید که آمپرمتر دارای توانایی کافی برای اندازه گیری شدت جریان می باشد.
2. فیش قرمز را به جک قرمز و فیش سیاه را به جک سیاه وصل کنید.
3. مطمئن شوید که به مدار انرژی داده نمی شود. کلید مدار باید باز باشد (به خاطر حفظ جان خود هیچگاه سعی نکنید که آمپرمتر را در مداری که انرژی الکتریکی در آن جریان دارد قرار دهید).
4. با جدا کردن سیم رابط بین T2 و T1 مدار را باز کنید. با قرار گرفتن آمپرمتر بین این دو نقطه مدار کامل می شود.
5. با رعایت پلاریته ، فیش سیاه را به T1 و فیش قرمز را به T2 وصل کنید. اگر پلاریته مناسب در نظر گرفته نشود، عقربه آمپرمتر به طرف چپ منحرف شده و این عمل موجب خرابی دستگاه اندازه گیری خواهد شد.
6. کلید مدار را ببندید و درجه ای را که آمپرمتر نشان می دهد بخوانید. همیشه از روبرو به صفحه درجه بندی شده آمپرمتر نگاه کنید و هیچوقت تحت هیچ زاویه ای درجه آمپرمتر را نخوانید.
7. درجه ای را که خوانده اید، یادداشت کنید.
8. کلید مدار را باز کنید.
مقاومت
شاید شما نیز از دیدن این اشیاء ریز و رنگی ، داخل رادیو و وسایل دیگر شگفت زده شده باشید و بخواهید بدانید از چه جنسی هستند و به چه دردی می خورند؟
مقاومت ، یکی از المان های الکتریکی است که برای این طراحی شده است که در مدار یک مقاومت الکتریکی ( electrical resistance ) بوجود آورد . مقاومتها به گونه ای ساخته می شوند که بتوانند جریان عبوری از مدار را در حد مورد نیاز محدود کنند. دو نوع مقاومت وجود دارد:مقاومت های ثابت و متغیر .
(مقاومت)
1. مقاومت های ثابت :
2. الف- کربنی
ب- لایه ای :
° لایه ی کربنی
° لایه ی فلزی
° لایه ی اکسید فلز
ج- سیمی
1. مقاومت های متغیر:
الف- قابل تنظیم :
° پتانسیومتر
° رئوستا
ب- وابسته "تابع:
°تابع حرارت :
1. PTC
2. NTC
° تابع نور LDR
° تابع ولتاژVDR
° تابع میدان مغناطیسی MDR
1. تشخیص مقدار اهم مقاومت ها:
الف- کد های رنگی
ب- رمزهای عددی
ج- نوشتن مقدار مقاومت
1. استاندارد های مقاومت
ولتاژ ،اختلاف پتانسیل و تولید برق
در علوم فیزیکی اختلاف پتانسیل اختلاف در پتانسیل بین دو نقطه در یک میدان برداری پایدار است. در مهندسی، این کمیت گاهاً به عنوان متغیرهای عرضی در برابر کمیت هایی مانند شار که متغیر عبوریاست، توصیف می شود.
تولید
نتیجه ی شار و اختلاف پتانسیل توان است که نرخ تغییرات کمیت پایدار انرژی است. در مایعات، اختلاف پتانسیل اختلاف در فشار است. در سیستم های دمایی اختلاف پتانسیل اختلاف در دما است. در مکانیک، اختلاف پتانسیل، اختلاف در پتانسیل گرانشی بین دو نقطه است. در مهندسی برق، اختلاف پتانسیل ولتاژ است، یعنی اختلاف بین نقاط ابتدایی و انتهایی یک پتانسیل الکترواستاتیک.
تعاریف الکتریکی
یک اختلاف پتانسیل بین دو نقطه منجر به ایجاد یک نیرو می شود که یک نیروی الکتروموتیو یا emf خوانده می شود. این نیرو مایل است تا الکترون ها یا دیگر بارهای حامل را از یک نقطه به نقطه دیگر انتقال دهد. اگر یک هادی الکتریکی در یک میدان مغناطیسی به صورت عمود بر میدان حرکت کند، بین دو سرش یک اختلاف پتانسیل ایجاد می شود. اختلاف پتانسیل بین دو نقطه یک مدار الکتریکی برابر اختلاف در پتانسیل های الکتریکی آن دو نقطه تعریف می شود. اختلاف پتانسیل به صورت مقدارکار انجام شده برای انتقال واحد بار الکتریکی از نقطه دوم به نقطه اول یا به طور برابر، مقدار کاری که واحد بار می تواند در انتقال از نقطه اول به نقطه دوم انجام دهد، است. در سیستم واحد های ""SI، اختلاف پتانسیل، پتانسیل الکتریکی و نیروی الکتروموتیو توسط ""ولت که نشان دهنده واژه معروف ولتاژ و نماد V است، اندازه گیری می شود. یک ولت که پس از الساندور ولتا نامگذاری شد، به صورت یک ژول از انرژی برای انجام کار روی یک کلمب از بار تعریف شده است. اختلاف پتانسیل بین دو نقطه a و b انتگرال خط میدان الکتریکی "E" است:
Va-
اگر یک مدار الکتریکی را به یک چرخه آب در یک شبکه لوله ها که در غیاب جاذبه زمین توسط پمپ ها به گردش در می آید، تشبیه کنیم، آنگاه اختلاف پتانسیل معادل فشار بین دو نقطه است. اگر اختلاف پتانسیلی بین دو نقطه وجود داشته باشد، آنگاه جریان آب از نقطه اول به نقطه دوم قادر به انجام کار خواهد بود، همانند راه اندازی یک توربین. ولتاژ دارای خاصیت جمع پذیری است، یعنی ولتاژ بین A و C برابر ولتاژ بین A و B به علاوه ولتاژ بین B و C است. دو نقطه در یک مدار الکتریکی که توسط یک هادی (ایده آل) بدون مقاومت به هم متصل شده اند، دارای اختلاف پتانسیل صفر خواهند بود. اما با این وجود بین دیگر نقاط هم ممکن است که اختلاف پتانسیل صفر وجود داشته باشد. اگر چنین نقاطی را توسط یک هادی به هم متصل کنیم جریانی عبور نخواهد کرد. ولتاژهای مختلف در یک مدار را می توانیم توسط قانون مداری کیرشهف محاسبه کنیم.
تجهیزات برقی
منابع عمومی تولید emf باتری"الکتریسته"/باتری، ژنراتور الکتریکی و خازن ها هستند.
تجهیزات اندازه گیری اختلاف پتانسیل شامل ولتمتر، پتانسیومتر (تجهیزات اندازه گیری) و اسیلوسکوپ هستند. ولتمتر توسط اندازه گیری جریان عبوری از یک مقاومت ثابت که بر طبق قانون اهم متناسب با اختلاف پتانسیل دو سر این مقاومت است، کار می کند. پتانسیومتر توسط مقایسه ولتاژ مجهول با یک ولتاژ معلوم در یک پل مداری کار می کند.
اسیلوسکوپ اشعه کاتدی توسط تقویت اختلاف پتانسیل و بکار بردنش برای منحرف کردن یک شعاع الکترون از یک مسیر مستقیم کار می کند، در این صورت انحراف اشعه متناسب با اختلاف پتانسیل خواهد بود.
تاریخچه تولید جریان الکتریسیته
در تاریخ 1800 م در پی یک اختلاف حرفه ای بر سر واکنش گالوانیکی که از سوی لوییجی گالوانی حمایت می شد، الساندور ولتا پیل ولتایی خود را که مقدمه ابداع باتری بود، اختراع کرد که این پیل جریان الکتریکی پایداری را ایجاد می کرد. ولتا کشف کرده بود که موثرترین جفت فلز متفاوتی که جریان الکتریسته ایجاد می کنند، روی و نقره اند.
در دهه 1800 م کنگره بین المللی الکتریکی که الان به نام کمیسیون بین المللی الکترونیکی (IEC) معروف است، ولت را برای نیروی الکتروموتیو تصویب کرد. ولت به صورت اختلاف پتانسیل یک هادی وقتی که یک جریان یک آمپر توان یک وات را ایجاد می کند، تعریف شد.
تولید الکتریسته
تولید الکتریسیته اولین فرایند در ارائه الکتریسیته به مصرف کننده هاست. سه فرایند دیگر انتقال توان الکتریکی، توزیع الکتریسیته و فروش الکتریسیته است. اهمیت تولید الکتریسیته، انتقال و توزیع آن زمانی کشف شد که معلوم شد الکتریسیته برای تهیه گرما، روشنایی و توان مورد نیاز برای دیگر فعالیت های انسانی، مفید است. تولید الکتریسیته غیر متمرکز نیز زمانی ممکن شد که کارشناسان فهمیدند خطوط برق جریان متناوب می توانند الکتریسیته را با قیمت ارزان در طول فواصل بلند و توسط بهره برداری از مزیت قابلیت تبدیل ولتاژ با استفاده از ترانسفورماتورهای توان، انتقال دهند. برای مدت 120 سال، الکتریسیته از منابع مختلف انرژی پتانسیل و به منظور فراهم آوردن انرژی فن آوری های بشر، تولید می شده است. اولین نیروگاه برق توسط چوب راه اندازی شد، در حالی که امروزه نیروگاه ها با نفت، گاز طبیعی، زغال سنگ، سیستم برق آبی و انرژی هسته ای و به میزان کمی با هیدروژن، انرژی خورشیدی، کنترل جزر و مد و ژنراتورهای بادی کار می کنند. تولید و توزیع الکتریسیته اغلب در دستان بخش خصوصی یا دولتی که خدمات رفاهی عمومی را در اختیار دارند، بوده است. در سالهای اخیر برخی دولت ها به عنوان بخشی از حرکتی برای اعمال فشار بازار به حقوق انحصاری، شروع به خصوصی سازی یا شرکتی کردن این خدمات رفاهی کرده اند. بازار الکتریسیته نیوزیلند مثالی از این نوع است. تقاضای الکتریسیته را می توان به دو صورت ارضاء کرد. روش اول که تا کنون برای خدمات رفاهی به کار می رفته است، ساختن پروژه های بزرگ تولید و ارسال الکتریسیته لازم به اقتصادهای سوختی در حال رشد، است. بسیاری از این پروژه ها دارای تاثیرات زیست محیطی نامطلوب نظیر آلودگی هوا یا آلودگی تشعشعی و آب گرفتگی بخش وسیعی از زمین، هستند. تولید پراکنده به عنوان روش جدیدی (روش دوم) برای برطرف کردن تقاضای الکتریکی، در نزدیکی مصرف کننده ها شناخته شده است. پروژه های کوچک تر پراکنده دارای خصوصیات زیر هستند:
ـ حفاظت در برابر خاموشی های برق ناشی از متوقف کردن نیروگاه های غیر متمرکز یا خطوط انتقال به منظور تعمیر، فریب بازار یا توقفهای اضطراری.
ـ کاهش آلودگی.
ـ اجازه دادن به بازیگران کوچک تر برای ورود به بازارهای انرژی.
روش های تبدیل توان های دیگر به توان الکتریکی
توربین های دوار که به ژنراتورهای الکتریکی متصل شده اند، اکثر الکتریسیته تجاری موجود را تولید می کنند. توربین ها عموماً توسط بخار، آب، باد یا دیگر مایعات به عنوان یک واسطه حامل انرژی، گردانده می شوند. پیل های سوختی که برای تولید الکتریسیته از مواد شیمیایی مختلفی استفاده می کنند، توسط برخی از مردم مناسب ترین منبع برق برای بلند مدت شناخته می شوند، خصوصاً اگر بتوان از هیدروژن به عنوان ماده تغذیه در این پیل ها استفاده کرد. اما به هرحال هیدروژن معمولاً تنها یک حامل انرژی است و بایستی توسط منابع توان دیگری ایجاد شود. ژنراتورهای کوچک قابل حمل نیز عموماً توسط موتورهای دیزل کار می کنند که خصوصاً در کشتی ها، مکان های مسکونی دور افتاده و برق اضطراری استفاده می شوند.
منابع انرژی اولیه، بکار رفته در تولید برق
جهان امروز برای تولید انرژی بر زغال سنگ و گاز طبیعی تکیه می کند. هزینه های بالای مورد نیاز برای انرژی هسته ای و ترس از خطرات این انرژی، از دهه 1970م جلوی تاسیس نیروگاه های جدید هسته ای را در آمریکای شمالی گرفته است. توربین های بخار را می توان توسط بخارهای ناشی از منابع زمین گرمایی، انرژی خورشیدی، مایعات، سوخت های فسیلی گازی و جامد، به راه انداخت. راکتورهای هسته ای از انرژی ناشی از شکافت اورانیوم یا پلوتونیوم رادیواکتیو برای تولید آزمایش های مربوط به گرما استفاده می کنند. این راکتورها اغلب از دو مدار بخار اولیه و ثانویه تشکیل شده تا یک لایه حفاظتی اضافی را بین محل قرار گرفتن سوخت هسته ای و اتاق ژنراتور قرار دهد. نیروگاه های برق آبی از آبی که مستقیماً از توربین ها عبور می کند، برای راه اندازی ژنراتورها استفاده می کنند. کنترل جزر و مد از نیروی ماه بر روی بدنه آب دریاها برای گرداندن یک توربین استفاده می کنند. ژنراتورهای بادی از باد برای گرداندن توربین هایی که با یک ژنراتور مرتبط اند، استفاده می کنند. یروگاه برق آبی ذخیره شده با پمپ برای هم سطح کردن تقاضاها روی یک شبکه برق به کار می رود. تولید الکتریسیته توسط هم جوشی آزمایش های مربوط به گرما هسته ای به عنوان راه حلی ممکن برای تولید الکتریسیته پیشنهاد شده است. در حال حاضر برخی موانع فنی و مسایل زیست محیطی در مسیر این راه وجود دارد که اگر برطرف شوند هم جوشی، یک منبع انرژی الکتریکی نسبتاً تمیز و بی خطر را تامین خواهد کرد. پیش بینی می شود که یک راکتور آزمایشی بزرگ "ITER) در سال 2005-2006 شروع به کار کند.
بهبود کارایی برق و گرمای ترکیب شده
نیروگاه های تولید مختلط "برق و گرمای ترکیب شده)، با استفاده از برق خورشیدی، سوخت های فسیلی، گازهای سنتزی، تراکم زیست یا زیست گاز به عنوان یک منبع سوختی، تولید الکتریسیته و آزمایش های مربوط به گرما را انجام می دهند. این نیروگاه ها می توانند به کارایی به میزان 80 درصد برسند اما انتظار می رود بسیاری از این نیروگاه ها که امروزه ساخته می شوند تنها به کارایی معادل حداکثر 55 درصد برسند. بخار گرم شده یک توربین را می گرداند و سپس گرمای اضافی برای گرم کردن فضاهای داخل ساختمان ها، فرآیندهای صنعتی یا گرم کردن گلخانه ها بکار می رود. تمامی مردم می توانند از گرمای توزیع شده از طریق یک طرح گرمایی منطقه ای بهره ببرند. توانایی دستیابی به تولید سه گانه با استفاده از سوخت های فسیلی یا انرژی خورشیدی برای تولید گرما، الکتریسیته و سرمایش تبخیری نیز وجود دارد. این نیروگاه های ترکیبی بهترین نسبت تبدیل انرژی را بعد از نیروگاه های برق آبی دارند. آرایه های کوچک فتو ولتایی، آسیاب های بادی و دوچرخه های مرتبط با یک توربین، همگی می توانند برای تولید الکتریسیته قابل حمل بکار برد. اصلاحات الکتریکی در سرتاسر جهان در حال جدا کردن تولید الکتریسیته از مبانی کنترل شده حق انحصار انتقال و توزیع الکتریسیته است، بازار الکتریسیته را مشاهده کنید.
اتصال کوتاه برقی
یک اتصال کوتاه خطایی است در یک وسیله الکتریکی که در آن بار "الکتریکی) اجازه می یابد تا بین یک فاز و زمین الکتریکی یا بین دو فاز جریان یابد. به عبارت غیر فنی تر، یک اتصال کوتاه هنگامی رخ میدهد که جریان الکتریسیته از یک مدار در جهتی ناخواسته، عموما به دلیل یک اتصالی در جایی که کسی انتظار ندارد، عبور کند. ساده ترین راه برای ایجاد یک اتصال کوتاه متصل کردن سرهای مثبت و منفی یک باتری توسط یک هادی کم مقاومت، مانند سیم، است. مقاومت کم موجب جریان زیاد می شود که منجر به خروج انرژی زیادی از باتری در مدت کوتاه میشود. "قانون اهم و توان را مشاهده کنید.) توجه: اگر عملاً این آزمایش را انجام دهید ممکن است گرمای زیادی تولید شده و به سیم یا باتری ضرر برساند یا گازهای سمی آزاد شود و یا باتری منفجر شود. این آزمایش را انجام ندهید. در وسایل الکتریکی، اتصال کوتاه عموماً هنگامی رخ میدهد که عایق سیمی از بین برود، یا ماده هادی دیگری (نظیر آب) وارد دستگاه شود که به بارها اجازه می دهد تا از مسیری متفاوت از مسیر پیشبینی شده عبور کنند. عبور یک جریان زیاد از یک باتری ( که پیل هم خوانده می شود) میتواند تولید سریع گرما کند که به صورت بالقوه منجر به یک انفجار یا انتشار گاز هیدروژن می شود. سیم هایی که دارای بار زیاد هستند هم می توانند به شدت گرم شوند و گاهاً موجب خرابی یا سوختگی عایق سیم شوند. شرایط جریان زیاد ممکن است در هنگام متوقف شدن بارهای موتور الکتریکی ایجاد شود، مانند حالتی که پره یک پمپ الکتریکی توسط آشغال، گیر کرده باشد. می توان از زیان های ناشی از اتصال کوتاه توسط بکارگیری فیوزها، مدار شکن ها یا دیگر حفاظت های بار زیاد که در واکنش به جریان اضافی برق را قطع می کنند، جلوگیری کرد. اندازه های سیم در نظامنامه های ساختمانی و برقی معین شده اند و بایستی بدقت برای کاربردهای خاص شان بکار برده شوند تا به همراه حفاظت جریان زیاد عملکردی مطمئن را ارائه دهند. در برنامه ریزی کامپیوتر، اتصال کوتاه نام دیگر محاسبه کمینه است.
برق اضطراری
تعریف
برق اضطراری : توان الکتریکی ای که توسط یک منبع متناوب ایجاد شده و به عنوان یک پشتیبان برای منبع برق اولیه در باس اصلی یا یک زیر باس مقرر نیروگاه به کار می رود.
یک واحد خارج از خط (offline)، بین منبع برق اولیه و بار فنی بحرانی، ایزولاسیون بوجود می آورد در حالی که یک واحد روی خط (online) چنین ایزولاسیونی را بوجود نمی آورد.
کلاس ها
* کلاس A: یک منبع برق کلاس A یک منبع برق اولیه است یعنی یک تغذیه برق پیوسته ضروری را تضمین می کند.
انواع برق اضطراری شامل کلاس های زیر می شود:
* کلاس B: یک نیروگاه برق آماده باش (standby) برای پوشش دادن به قطعی های بلند مدت برای چند روز.
* کلاس C: یک واحد شروع سریع 10 تا 60 ثانیه ای برای پوشش دادن به قطعی های کوتاه مدت برق برای حدود چند ساعت.
* کلاس D: یک واحد بی وقفه که از انرژی ذخیره شده برای فراهم آوردن برق پیوسته تحت ولتاژ و خطای مجاز فرکانس خاص.
کنترل توان برقی
کنترل توان (برقی) با از بین بردن توان الکتریکی، کنترل کیفیت آن و کنترل دستگاه هایی که به یک خط برق متصلند، مرتبط است. فن آوری های متعددی برای استفاده از سیم پیچی قدرت به منظور روشن و خاموش کردن دستگاه های متصل به خط برق، کنترل دستگاه های متصل و کارهای مشابه، توسعه و تکمیل یافته است. یک عبارت کلی برای یک دسته از این فن آوری ها ساختمان های هوشمند است. باید گفته شود که تا سال 2002 فن آوری ساختمان هوشمند کمتر از یک موفقیت قاطع بوده است. مشکلات شامل این موارد هستند: قابلیت اطمینان، هزینه، سوالاتی در مورد اینکه نیاز به چه میزان است و این واقعیت که بسیاری از موارد ساختمان هوشمند مانند روشن کردن یک لامپ در غروب می تواند به همان صورت و توسط دستگاه های مکانیکی و الکترومکانیکی ارزانتر، ساده تر و اغلب مطمئن تر انجام شود. بهترین فن آوری های شناخته شده ساختمان هوشمند، X10 و Cebus هستند.
انتقال توان الکتریکی
انتقال توان الکتریکی دومین فرایند ارائه الکتریسیته به مصرف کننده هاست. الکتریسیته توسط نیروگاه های برق تولید می شود و سپس توسط فروشنده ها به مصرف کنندگان نهایی به عنوان یک کالا فروخته می شود. انتقال توان الکتریکی و شبکه توزیع الکتریسیته اجازه ارائه الکتریسیته تولید شده را به مصرف کننده ها می دهد. فرایند صنعتی شدن سریع قرن 20 ام خطوط و شبکه های انتقال را تبدیل به بخش مهمی از زیر ساخت های اقتصادی در کشورهای صنعتی، کرد. شبکه های برق امکانات تولید زیادی را ممکن می سازند، نظیر سدهای هیدرو الکتریک، نیروگاه های سوخت فسیلی، نیروگاه های هسته ای و … که توسط سازمان های بهره برداری خصوصی و عمومی، برای تولید مقادیر بزرگی از انرژی و ارائه آن به شبکه های توزیع برای تحویل به مصرف کننده های خریدار، گردانده می شوند. معمولاً الکتریسیته را در طول فواصل بلند از طریق ترکیبی از خطوط انتقال توان هوایی (مانند آنچه در شکل مشاهده می شود) یا کابل های زیر زمینی ارسال می کنند.
تصویر
اولین ژنراتور هیدروالکتریک بزرگ در آبشار نیاگارای ایالات متحده (که تحت دیدگاه فنی نیکلا تسلا ساخته و نصب شده بود) نصب شد و از طریق خطوط انتقال، الکتریسیته را برای بوفالو، نیویورک فراهم ساخت.
ورودی شبکه برق
یک شبکه انتقال از: نیروگاه های برق، پست های برق و مدارات انتقال ساخته شده است. معمولاً برق از طریق یک جریان متناوب سه فاز انتقال می یابد. در نیروگاه ها، برق را در سطح ولتاژی نسبتاً پایین در حدود 10 تا 15 کیلو ولت تولید می کنند، سپس توسط ترانسفورماتور نیروگاه، آن را به یک ولتاژ بالا (220 تا 440 کیلو ولت) جریان متناوب می رسانند تا آن را به یک پست برق که نقطه خروجی شبکه است و در فواصل دور قرار دارد، انتقال دهند.
تلفات
به منظور کاهش درصد تلفات توان لازم است که الکتریسیته را در ولتاژهای بالا انتقال دهیم. هرچه که ولتاژ بالاتر باشد جریان کمتر خواهد بود که این امر اندازه ی کابل مورد نیاز و میزان انرژی تلف شده را کاهش می دهد. انتقال در طول خطوط بلند معمولاً در ولتاژهای 100 کیلو ولت و بالاتر صورت می گیرد. تلفات انتقال و توزیع در ایالات متحده در سال 2003م 2/7 و در انگلستان در سال 1998م 4/7 درصد تخمین زده شده است. وقتی لازم است که توان را در طول خطوط بسیار بلند انتقال دهیم، استفاده از جریان مستقیم برای انتقال، به جای جریان متناوب موثرتر ( و بنابراین اقتصادی تر) است. به دلیل اینکه این امر نیازمند هزینه کردن پول بسیار زیادی بر روی مبدل های توان AC/DC است، از این روش تنها در هنگام انتقال مقادیر بسیار زیاد توان در طول خطوط بسیار بلند یا برای موقعیت های خاص، نظیر یک کابل زیر دریا انجام می شود. همچنین به دلیل طبیعت بارهایی که به شبکه وصل می شوند، توان از بین می رود؛ این تلفات با نام ضریب توان بیان می شود. اگر ضریب توان کم باشد بخش زیادی از توان هدر می رود. شرکت های بهره بردار تلاش شایان توجهی را برای حفظ یک ضریب توان خوب صرف می کنند.
خروجی شبکه
پست های برق برای کاهش دادن ولتاژ و تغذیه آن به خطوط برق محلی کم ولتاژ برای توزیع به کاربران تجاری و خانگی، نیز به کار می روند. عموماً الکتریسیته با استفاده از ترانسفورماتورهای واسطه به یک ولتاژ زیر- انتقال (66-132 کیلو ولت) تبدیل می شود و سپس به یک ولتاژ متوسط (10 – 50 کیلو ولت) تبدیل شده، و در نهایت، در پست های توزیع، برق به ولتاژ پایین (220-330 ولت) تبدیل می شود. تمامی روش تغذیه از خطوط توزیع تا مصرف کننده های کوچک انتهای خط از طریق اتصالات تک فاز یا سه فاز است.
ارتباطات
خطوط انتقال را می توان برای انتقال اطلاعات هم مورد استفاده قرار داد، که حامل خط برق یاPLC خوانده می شود.
نگرانی های سلامتی ناشی از خطوط برق
برخی گفته اند که زندگی در کنار خطوط ولتاژ بالا برای حیوانات و انسان ها خطرناک است. عده ای نیز ادعا کرده اند که تشعشعات الکترو مغناطیسی ناشی از خطوط برق، منجر به ریسک زیاد ابتلا به انواع معینی از سرطان می شود. برخی مطالعات بیان داشته اند که این ریسک را شناسایی کرده اند در حالی که برخی دیگر این ادعا را رد می کنند. مطالعات انجام شده بر روی افراد زیادی نشان داده است که هیچ رابطه واضحی بین تاثیرات بر روی سلامتی و نزدیکی به خطوط برق وجود ندارد. اکنون دیدگاه علمی غالب این است که خطوط برق منجر به هیچ گونه افزایشی در ریسک ابتلا به سرطان یا دیگر بیماری های بدنی نمی شوند. برای مباحث دقیق تر راجع به این موضوع، شامل منابع بسیاری از مطالعات دانشمندان، به سوالات و جواب های خطوط برق و سرطان مراجعه کنید. این موضوع تا حدودی در کتاب علم وودو "Voodo"ی ربرت ال پارک بحث شده است.
تولید پراکنده "DG"
تولید پراکنده گرایش جدیدی در تولید توان الکتریکی است. این ایده به مصرف کننده های الکتریسیته که الکتریسیته مورد نیازشان را خودشان تولید می کنند، این اجازه را می دهد که اضافه توان الکتریکی شان را به شبکه توان بفرستند.
تولید
بسیاری از کارخانجات، ادارات و خصوصاً بیمارستان ها نیاز به منابعی با قابلیت اطمینان بالا برای تولید الکتریسیته و سیستم های گرمایی هواساز و آب گرم دارند. برای بالا بردن قابلیت اطمینان منابع تغذیه و کاهش هزینه ها، برخی از ادارات و کارخانجات، از تولید ترکیبی یا کارخانجات انرژی کلی استفاده می کنند که اغلب از مواد اضافی نظیر آشغال چوب یا گرمای اضافی حاصل از یک فرایند صنعتی، برای تولید الکتریسیته استفاده می کنند. در برخی موارد، الکتریسیته از یک سوخت تغذیه شده به صورت محلی مانند گاز طبیعی یا گازوئیل تولید می شود و سپس از گرمای اضافی منبع انرژی گرمایی ژنراتور برای فراهم آوردن آب داغ و نیز گرمایش صنعتی استفاده می کنند. هنگامی که یک فرایند صنعتی نیازمند مقادیر زیاد گرمایی است که از منابع غیر الکتریکی نظیر سوخت های فسیلی یا زیست جرمی تامین می شود، استفاده از یک کارخانه تولید ترکیبی مقرون به صرفه است.
مسائل نظارتی و تکنولوژیکی بر کیفیت برقی
تاکنون مسایل نظارتی و تکنولوژیکی بدین مفهوم بوده است که الکتریسیته تولید شده توسط مصرف کننده های خانگی را نمی توان به راحتی و بدون خطر با تغذیه توان ورودی همراه کرد. شرکت های الکتریکی بایستی توانایی جداسازی بخش های شبکه برق را داشته باشند، وقتی که یک خط از کار می افتد، کارگران بایستی از قطع بودن برق قبل از کار روی آن مطمئن باشند. آنها همچنین وقت زیادی را صرف می کنند تا کیفیت برق را در شبکه شان حفظ کنند. تاسیسات پراکنده برق هم می تواند کنترل این موارد را مشکل تر کندبا ظهور تجهیزات الکترونیک قدرت با قابلیت اطمینان بالا، نصب تجهیزات تولید ترکیبی حتی با اندازه های خانگی، اقتصادی و بی خطر شده است. این تاسیسات می توانند آب داغ خانگی، الکتریسیته و گرمایش خانگی را تولید کنند و انرژی اضافی را به شرکت برق بفروشند. پیشرفت در الکترونیک موجب ساده شدن دسترسی به مسایل امنیتی و کیفی شرکت های الکتریکی شده است. برای برطرف کردن موانع رسیدن به افزایش سطوح تولید پراکنده، تنظیم کننده ها می توانند توسط تضمین عملکرد تولید های متمرکز و پراکنده بر روی یک زمینه با سطح متغیر، اقدام کنند. در ایالات متحده، قانون فدرال از شرکت های الکتریکی می خواهد که برق را از تولید کنندگان مستقل که تحت پوشش قوانین و بیمه هستند خریداری کنند. تولید پراکنده به سوخت فسیلی محدود نشده است. برخی از کشورها و مناطق در حال حاضر دارای منبع انرژی تجدید پذیر قابل توجهی در توربین های بادی و احتراق زیست جرمی هستند. افزایش تولید پراکنده نیازمند تغییر در فن آوری مورد نیاز برای مدیریت انتقال و توزیع الکتریسیته است. در این صورت نیاز فزاینده ای به اپراتورهای شبکه برای مدیریت شبکه ها به صورت فعال به جای غیر فعال وجود خواهد داشت. با افزایش مدیرت فعال، مزایای اضافی برای مصرف کننده ها به وجود خواهد آمد که این مزایا به صورت معرفی با حق انتخاب های بیشتری به نسبت خدمات تغذیه ی انرژی و رقابت بیشتر خواهد بود. اما به هر حال رفتن به سوی مدیریتی فعال تر، می تواند مشکل باشد. شبکه های توزیع الکتریسیته یک حق انحصار طبیعی هستند و بنابراین بشدت قانونمند شده اند تا هزینه زیادتری با کار مصرف کننده ها بدست نیاورند. سرمایه گذاری شبکه یک معیار کلیدی برای تعیین هزینه هایی است که شبکه می تواند به مصرف کننده ها بدهد. شبکه ها سعی می کنند تا مزایای شان را در چارچوب کاری فراهم شده توسط قوانین شان، حداکثر کنند. در حال حاضر چنین قوانینی خیلی مناسب تشویق به انجام رفتارهای ابداعی توسط شبکه ها نیستند. به نظر می رسد که این امر هم برای توسعه شبکه ها و هم برای زیاد شدن سطح تولید پراکنده که به شبکه ها اضافه می شود، مانع ایجاد کند. اما نشانه هایی وجود دارد که مقامات نظارتی در حال آشنا شدن هر چه بیشتر با موانع بالقوه هستند و در حال ارائه قوانین هزینه های اتصال و شرایطی برای فعال کردن تولید کننده های پراکنده برای شرکت در بازار الکتریسیته هستند. اوفجم، تنظیم کننده گاز و الکتریسیته در بریتانیا، برای اپراتورهایی از شبکه توزیع الکتریسیته (DNOها) که روی تحقیق و توسعه راه حل های ابداعی شبکه برای سازگار کردن تولید پراکنده سرمایه گذاری می کنند، تسهیلاتی فراهم کرده است. علی رغم وجود پتانسیل تولید، بخش عظیمی از تغذیه برق از طریق منابع انرژی غیر متمرکز، اعتبارات انرژی، کنترل جمعیت و پایداری سیستم کماکان موارد مهمی اند که گسترش این فن آوری را محدود می کنند. برای حفظ کنترل و پایداری سیستم قدرت در برخی از شبکه ها، مصرف کننده های همسایه بایستی تمامی توان الکتریکی ای را که ممکن است یک مصرف کننده (که تولید کننده هم هست) تولید کند، استفاده کنند. این امر تضمین می کند که یک جریان توان الکتریکی خالص از ژنراتور به مصرف کننده در شبکه توزیع وجود دارد، حتی اگر در توزیع محلی یک برون ریزی محلی وجود داشته باشد.
ژنراتور برقی (الکتریکی)
یک ژنراتور برقی ( الکتریکی) دستگاهی است که از یک منبع انرژی مکانیکی تولید انرژی الکتریکی می کند. این فرآیند را تولید الکتریسته می نامند.
قبل از اینکه ارتباط بین مغناطیس و الکتریسته کشف شود، ژنراتورها از اصول الکتروستاتیک بهره می بردند. ماشین ویمشارت از القای الکتروستاتیک یا تاثیر کردن استفاده می کرد. ژنراتور واندوگراف از اثر تریبوالکتریک برق مالشی برای جدا سازی بارهای الکتریکی با استفاده از اصطکاک بین عایقها استفاده می کرد. ژنراتورهای الکتروستاتیک کارآمد نیستند و تنها برای آزمایشات علمی که نیازمند ولتاژهای بالا است، مناسب هستند.
فارادی
در سال 1831-1832م مایکل فارادی کشف کرد که بین دو سر یک هادی الکتریکی که بصورت عمود بر یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، اختلاف پتانسیلی ایجاد می شود. او اولین ژنراتور الکترومغناطیسی را بر اساس این اثر ساخت که از یک صفحه مسی دوار بین قطبهای یک آهنربای نعل اسبی تشکیل شده بود. این وسیله یک جریان مستقیم کوچک را تولید می کرد.
دینامو
دینامو اولین ژنراتور الکتریکی قادر به تولید برق برای صنعت بود و کماکان مهمترین ژنراتور مورد استفاده در قرن بیست و یکم است. دینامو از اصول الکترومغناطیس برای تبدیل چرخش مکانیکی به یک جریان الکتریکی متناوب ، استفاده می کند. اولین دینامو بر اساس اصول فارادی در سال 1832 توسط هیپولیت پیکسی که یک سازنده تجهیزات بود، ساخته شد. این وسیله دارای یک آهنربای دائم بود که توسط یک هندل گردانده می شد. آهنربای چرخنده بگونه ای قرار داده می شد که یک تکه آهن که با سیم پوشانده شده بود، از قطبهای شمال و جنوب آن عبور می کرد. پیکسی کشف کرد که آهنربای چرخنده ، هر بار که یک قطبش از سیم پیچ عبور می کند، تولید یک پالس جریان در سیم می کند. به علاوه قطبهای شمال و جنوب آهنربا جریانها را در جهتهای مختلف القا می کنند. پیکسی توانست با اضافه کردن یک کموتاتور جریان متناوب تولیدی به این روش را به جریان مستقیم تبدیل کند.
دیناموی گرام
به هر حال هر دوی این طرحها دارای مشکل یکسانی بودند: آنها پرشهای جریانی القا می کردند که از هیچ چیز پیروی نمی کرد. یک دانشمند ایتالیایی به نام آنتونیو پاسینوتی این مساله را با جایگزینی سیم پیچ چرخنده توسط یک سیم پیچ حلقه ای که او با سیم پیچی یک حلقه آهنی درست کرده بود، حل کرد. این بدان معنی بود که آهنربا همواره از بخشی سیم پیچ عبور می کرد که این مساله موجب یکنواختی جریان خروجی می شد. زنوب گرام چند سال بعد در حین طراحی اولین نیروگاه تجاری در پاریس در دهه 1870م ، این طرح را دوباره ابداع کرد. طراحی وی با نام دینامی گرام معروف است. نسخه های مختلف و تغییرات زیادی از آن هنگام تا کنون در این طراحی بوجود آمده است، اما ایده اصلی چرخش یک حلقه بی پایان از سیم ، کماکان قلب تمامی دیناموهای پیشرفته باقی ماند.
دانستن این مطلب مهم است که ژنراتور تولید جریان الکتریکی می کنند و نه بار الکتریکی که در سیمهای سیم پیچی اش وجود دارد. این تا حدودی شبیه یک پمپ آب است که ایجاد یک جریان آب می کند اما خود آب را ایجاد نمی کند. ژنراتورهای الکتریکی دیگری هم وجود دارند، اما بر اساس دیگر پدیده های الکتریکی نظیر: پیزو الکتریسته و هیدرو دینامیک مغناطیسی ، ساختار یک دینامو شبیه یک موتور الکتریکی است و تمام انواع عمومی دیناموها می توانند مانند موتورها کار کنند. همچنین تمامی انواع عمومی موتورهای الکتریکی می توانند مانند یک ژنراتور کار کنند.
جریان مستقیم برق
جریان مستقیم (DC یا جریان پیوسته) ، عبور پیوسته جریان الکتریسیته از یک هادی نظیر یک سیم از پتانسیل بالا به پتانسیل کم است. در جریان مستقیم ، بار الکتریکی همواره در یک جهت عبور می کند که این امر جریان مستقیم را از جریان متناوب (AC) متمایز می کند.
در واقع جریان مستقیم ابتدا برای انتقال توان الکتریکی پس از کشف تولید الکتریسیته در اواخر قرن 19 توسط توماس ادیسون بکار رفت. امروزه استفاده از جریان مستقیم برای این منظور غالباً کنار گذاشته شده است، چرا که جریان متناوب (که توسط نیکلا تسلا کشف و توسعه داده شده) برای انتقال در طول خطوط بلند بسیار مناسبتر است (جنگ جریانها را مشاهده کنید). هنوز هم انتقال توان DC برای اتصال شبکه های توان AC با فرکانسهای مختلف به هم ، بکار می رود.DC عموماً در بسیاری از کاربردهای کم ولتاژ استفاده می شود، خصوصاً در جایی که انرژی از طریق باتریها تامین می شود که تنها می توانند ولتاژ DC تولید کنند. اکثر سیستمهای خودکار از DC استفاده می کنند. اگر چه ژنراتور یک وسیله AC است که از یک یکسو کننده برای تولید DC استفاده می کند، اغلب مدارات الکترونیکی نیاز به یک منبع تغذیه DC دارند. با وجود اینکه DC مخفف جریان مستقیم است، اما کلاً به ولتاژهای با پلاریته ثابت ، DC گفته می شود. برخی از انواع DC دارای تغییرات ولتاژ زیادی هستند، مانند خروجی دست نخورده یک یکسو ساز. با عبور این خروجی از یک فیلتر RC پایین گذر ، ولتاژ پایدارتری حاصل می شود.
معمولاً به دلیل ولتاژهای بسیار پایین بکار رفته در سیستمهای جریان مستقیم، نصب آنها نیازمند پریزها ، |کلیدها و لوازم ثابت متفاوتی از آنچه که برای جریان متناوب بکار می رود است. در یک وسیله جریان مستقیم این نکته بسیار مهم است که پلاریته آنرا معکوس وصل نکنیم، مگر اینکه وسیله داری یک پل دیودی برای اصلاح این امر باشد (که اکثر دستگاههای عمل کننده با باتری این امکان را ندارند). امروزه گرایشاتی در جهت سیستمهای انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) ایجاد شده است. همچنین DC در سیستمهای برق خورشیدی که توسط باتریهای خورشیدی تغذیه می شوند، بکار می رود.
جریان مستقیم برق در صنعت
اگر چه در صنعت بیشتر جریانهای متناوب بکار می روند، گاهی جریان مستقیم نیز مورد نیاز است. چنین جریانی را یا توسط تبدیل جریان متناوب شبکه اصلی به کمک یکسو کننده ها و یا با استفاده از مولدهای dc خاصی بدست می آورند. اغلب روش دوم در کل راحت تر است.
مولدهای جریان مستقیم
مولدهای dc همان مولدهای القایی مرسوم هستند که با وسیله خاصی (به نام جابجاگر) مجهز هستند که در قطب ها (زغالها) تبدیل ولتاژ متناوب به ولتاژ مستقیم را امکان پذیر می سازند. یک مولد ساده جریان مستقیم از چهار قسمت اصلی زیر تشکیل شده است:
1. قطبهای مغناطیسی: که وظیفه ایجاد میدان مغناطیسی مولد را به عهده دارد و می تواند بصورت آهنربای دائم و یا آهنربای الکتریکی باشد.
2. هادیها: برای ایجاد ولتاژ القایی بکار گرفته می شود.
3. کموتاتور: در ساده ترین حالت از دو نیم استوانه مسی که توسط میکا نسبت به یکدیگر عایق شده اند تشکیل می گردد، وظیفه یک طرفه کردن ولتاژ و جریان القایی را در خارج از مولد به عهده دارد.
4. جاروبک: جهت انتقال جریان الکتریکی از هادیها به مصرف کننده استفاده می شود.
طرز کار مولد ساده جریان مستقیم
با حرکت هادیها در فضای ما بین قطبها باعث می شود میدان مغناطیسی توسط هادیها قطع شود. بدین ترتیب مطابق پدیده القاء در هادیها ولتاژ القاء می شود. ابتدا و انتهای هر کلاف به یک نیم استوانه مسی یا یک تیغه کوموتاتور وصل می شود، روی تیغه های کوموتاتور دو عدد جاروبک بطور ثابت قرار داشته و با حرکت هادیها تیغه های کموتاتور زیر جاروبک می لغزند، بدین ترتیب در ژنراتورهای جریان مستقیم از طریق کوموتاتور ولتاژ القاء شده طوری به جاروبکها منتقل می شود که همیشه یکی از جاروبکها دارای پلاریته مثبت و دیگری دارای پلاریته منفی است.
ماشینهای الکتریکی جریان مستقیم
وسایل تبدیل انرژی الکترومکانیکی گردان را ماشینهای الکتریکی می گویند. ماشینهای الکتریکی به دو طریق دسته بندی می شوند:
* از نظر نوع جریان الکتریکی
o ماشینهای الکتریکی جریان مستقیم
o ماشینهای الکتریکی جریان متناوب
* از نظر نوع تبدیل انرژی
o مولدهای الکتریکی که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.
o موتورهای الکتریکی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند.
بطور کلی ماشینهای الکتریکی جزء وسایل تبدیل انرژی غیر خطی هستند، یعنی هر تغییر در ورودی همیشه به یک نسبت در خروجی ظاهر نمی شود.
جریان متناوب
o یک جریان متناوب (AC ) جریان الکتریکی است که در آن اندازه جریان به صورت چرخه ای تغییر می کند، بر خلاف جریان مستقیم که در آن اندازه جریان مقدار ثابتی می ماند. شکل موج معمول یک مدار AC عموما یک موج سینوسی کامل است، چرا که این شکل موج منجر به انتقال انرژی به موثرترین صورت می شود. اما به هر حال در کاربردهای خاص ، شکل موجهای متفاوتی نظیر مثلثی یا مربعی نیز استفاده می شود.
توان الکتریکی با جریان متناوب ، نوعی از انرژی الکتریکی است که برای تغذیه تجاری الکتریسیته به عنوان توان الکتریکی ، از جریان متناوب استفاده می کند. ویلیام استنلی جی آر کسی است که یکی از اولین سیم پیچهای عملی را برای تولید جریان متناوب طراحی کرد. طراحی وی یک صورت ابتدایی ترانسفورماتور مدرن بود که یک سیم پیچ القایی نامیده می شد. از سال 1881م تا 1889م سیستمی که امروزه استفاده می شود، توسط نیکلا تسلا ، جرج وستینگهاوس ، لوییسین گاولارد ، جان گیبس و الیور شالنجر طراحی شد.سیستمی که توماس ادیسون برای اولین بار برای توزیع تجاری الکتریسیته بکار برد، به دلیل استفاده از جریان مستقیم محدودیتهایی داشت که در این سیستم برطرف شد. اولین انتقال جریان متناوب در طول فواصل بلند در سال 1891م نزدیک تلورید کلورادو اتفاق افتاد که چند ماه بعد در آلمان ادامه پیدا کرد. توماس ادیسون به علت اینکه حقوق انحصاری اختراعات متعددی را در فن آوری جریان مستقیم "DC" داشت، استفاده از جریان مستقیم را به شدت حمایت می کرد، اما در نهایت جریان متناوب به عرصه استفاده عمومی آمد. چارلز پروتیوس استینمتز از جنرال الکتریک بسیاری از مشکلات مرتبط با تولید الکتریسیته و انتقال آن را با استفاده از جریان متناوب حل کرد.
توزیع برق و تغذیه خانگی
بر خلاف جریان DC ، جریان AC را می توان توسط یک ترانسفورماتور به سطوح مختلف ولتاژی انتقال داد. هر چه میزان ولتاژ افزایش یابد، انتقال توان هم موثرتر صورت خواهد گرفت. افزایش میزان قابلیت انتقال توان به علت قانون اهم است، تلفات انرژی الکتریکی وابسته به عبور جریان از یک هادی است. تلفات توان به علت جریان توسط رابطه P = Ri2t محاسبه می شود، بنابراین اگر جریان دو برابر شود، تلفات چهار برابر خواهد شد.با استفاده از ترانسفورماتور ، ولتاژ را می توانیم به یک ولتاژ بالا افزایش دهیم تا بتوانیم توان را در طول فواصل بلند در سطح جریان پایین انتقال داده و در نتیجه تلفات کاهش یابد. سپس می توانیم ولتاژ را دوباره به سطحی که برای تغذیه خانگی بی خطر باشد، کاهش دهیم.تولید الکتریکی سه فاز بسیار عمومی است و استفاده ای موثرتر از ژنراتورهای تجاری را برای ما ممکن می سازد. انرژی الکتریکی توسط چرخش یک سیم پیچ داخل یک میدان مغناطیسی در ژنراتورهای بزرگ و با هزینه بالا ایجاد می شود. اما به هر حال جای دادن سه سیم پیچ جدا روی یک محور (بجای یک سیم پیچ) ، هم نسبتا آسان و هم مقرون به صرفه است. این سیم پیچها روی محور ژنراتورها نصب شده اند اما از نظر فیزیکی جدا هستند و دارای یک اختلاف زاویه 120 درجه ای نسبت به هم هستند. سه شکل موج جریان تولید می شود که دارای اختلاف فاز 120 درجه ای نسبت به هم ، اما اندازه های یکسان هستند.توزیع الکتریسیته سه فاز بطور وسیعی در ساختمانهای صنعتی و توزیع الکتریسیته تک فاز در محیطهای خانگی بکار می رود. نوعا یک ترانسفورماتور سه فاز ممکن است مسیرهای مختلفی را با یک فاز متفاوت برای بخشهای مختلف هر مسیر تغذیه کند. سیستمهای سه فاز به گونه ای طراحی شده اند که در محل بار متعادل باشند، اگر باری بطور صحیح متعادل شده باشد، جریانی از نقطه خنثی عبور نخواهد کرد. این بدین مفهوم است که می توان جریان را تنها با سه کابل بجای شش کابل که در غیر این صورت مورد نیاز است، انتقال داد. گفتنی است که برق سه فاز در واقع نوعی از سیستم چند فازه است. در بسیاری از موارد تنها یک برق تک فاز برای تغذیه روشنایی خیابانها یا مصرف کننده های خانگی مورد نیاز است. وقتی که یک سیستم توان الکتریکی سه فاز داریم، یک کابل چهارمی که خنثی است را در توزیع خیابانی قرار می دهیم تا برای هر خانه یک مدار کامل را فراهم کنیم، "یعنی هر خانه می تواند از یکی از کابلهای فاز و کابل خنثی برای مصرف استفاده کند". خانه های مختلف در خیابان از فازهای مختلف استفاده می کنند یا وقتی که مصرف کننده های زیادی به سیستم متصلند، آنها را به صورت مساوی در طول برق سه فاز پخش می کنند تا بار روی سیستم متعادل شود. بنابراین کابل تغذیه هر خانه معمولا تنها شامل یک هادی فاز و نول و احتمالا با یک پوشش آهنی زمین شده ، است.برای اطمینان یک سیم سومی هم اغلب بین هر یک از وسایل الکتریکی در خانه و صفحه سوییچ الکتریکی اصلی یا جعبه فیوز وصل می شود. این سیم سوم در انگلستان و اکثر کشورهای انگلیسی زبان سیم earth و در آمریکا سیم ground خوانده می شود. در صفحه سوییچ اصلی سیم earth را به سیم نول و نیز به یک تیرک متصل به زمین یا هر نقطه earth در دسترس (برای آمریکاییها نقطه ground) نظیر لوله آب ، متصل می کنند.در صورت وقوع خطا ، سیم زمین می تواند جریان کافی را برای راه اندازی یک فیوز و جدا کردن مدار دارای خطا ، از خود عبور دهد. همچنین اتصال زمین به این مفهوم است که ساختمان مجاور دارای ولتاژی برابر ولتاژ نقطه خنثی است. شایعترین نوع خطای الکتریکی (شوک) در صورتی رخ می دهد که شیئی (معمولاً یک نفر) بطور تصادفی بین یک هادی فاز و زمین مداری تشکیل دهد. در این صورت یک جریان خطا از فاز به زمین ایجاد می شود که به جریان پس ماند معروف است. یک مدار شکن جریان پس ماند طراحی شده است تا چنین مشکلی را شناسایی کند و مدار را قبل از اینکه شوک الکتریکی منجر به مرگ شود قطع کند.در کاربردهای صنعتی (سه فاز) بسیاری از قسمتهای مجزای سیستم خنثی به زمین متصلند که این امر موجب می شود تا جریان های کوچک زمین ، که همواره بین یک ژنراتور و یک مصرف کننده (بار) در حال عبور هستند را متعادل کند. این سیستم زمین کردن این اطمینان را به ما می دهد که اگر خطایی رخ دهد، جریانی که از نقطه خنثی می گذرد به یک سطح قابل کنترل محدود شده باشد. این روش به سیستم خنثی زمین چندگانه معروف است.
فرکانسهای AC در کشورها
اکثر کشورهای جهان سیستمهای الکتریکی شان را روی یکی از دو فرکانس 60 و 50 هرتز استاندارد کرده اند. لیست کشورهای 60 هرتز که اغلبشان در دنیای جدید قرار دارند کوتاهتر است، اما نمی توان گفت که 60 هرتز کمتر معمول است.
* کشورهای 60 هرتز عبارتند از: ساموای امریکا ، آنتیگوا و باربودا ، آروبا ، باهاماس ، بلیز ، برمودا ، کانادا ، جزایر کیمان ، کلمبیا ، کاستاریکا ، کوبا ، جمهوری دمونیکن ، السالوادور ، پلینسیای فرانسه ، گوام ، گواتمالا ، گیانا ، هاییتی ، هندوراس ، کره جنوبی ، لیبریا ، جزایر مارشال ، مکزیک ، میکرونسیا ، مونت سرات ، نیکاراگویه ، جزایر ماریانای شمالی ، پالایو ، پاناما ، پرو ، فیلیپین ، پرتوریکو ، ساین کیتس و نویس ، سورینام ، تایوان ، ترینیداد توباگو ، جزایر ترکس و کیاکوس ، ایالات متحده ، ونزولا ، جزایر ویرجین ، جزیره ویک.
* این کشورها دارای سیستمهایی با فرکانس مختلط 60 و 50 هرتز اند: بحرین ، برزیل (اغلب فرکانس 60) ، ژاپن (فرکانس 60 هرتز در زمان حضور غربیها).
اغلب کشورها به گونه ای استاندارد تلویزیون شان را انتخاب کرده اند که با فرکانس خطوط برقشان متناسب باشد. استاندارد NTSC برای کار با فرکانس خطوط برق 60 هرتز طراحی شده است، در حالیکه PAL و SECAM برای فرکانس خطوط 50 هرتز طراحی شده است، اما نسخه 60 هرتز PAL هم وجود دارد، برای مثال در برزیل PAL-M ارائه دهنده وضوح PAL و چشمک تصویر پایین NTSC است.عموماً این مطلب پذیرفته شده است که نیکلا تسلا فرکانس 60 هرتز را به عنوان کمترین فرکانسی که منجر به عدم بروز پدیده چشمک زنی قابل مشاهده در روشناییهای خیابانها می شد، انتخاب کرد. توان 25 هرتز بیش از آنی که در آبشار نیاگارا تولید شود، در اونتاریو و آمریکای شمالی استفاده می شده است.هنوز هم ممکن است برخی از ژنراتورهای 25 هرتز در آبشار نیاگارا مورد استفاده واقع شوند. فرکانس پایین طراحی موتورهای الکتریکی کم سرعت را ساده می سازد و می توان آنرا بصورت بهتر و موثرتری تولید کرده و انتقال داد، اما منجر به چشمک زنی قابل ملاحظه ای در روشناییها می شود. کاربردهای ساحلی و دریایی ممکن است گاها فرکانس 400 هرتز را به علت مزیتهای مختلف فنی مورد استفاده قرار دهند. برق 16.67 هرتزی هم هنوز در برخی از سیستمهای راه آهن اروپا مانند سوئد به چشم می خورد.
نقش فن آوری اطلاعات در صنعت برق
در این مقاله راجع به بحثهائی از قبیل وضعیت موجود IT صنعت برق و ارتباط بین آن با صنعت برق ونیاز های صنعت برق به فن آوری اطلاعات وارتباطات و اینکه چه سهمی را در کمک به اهداف صنعت برق دارد ؛ بحث جهت اینکه به نتیجه برسیم که راهکارهای افزایش این ارتباط با یکدیگر چیست؛ ارائه مدلی جهت هماهنگی بین بحثهای مدیریتی جدید و استفاده مطلو ب ازIT جهت پیشبرد سیاستهای صنعت بر ق از جمله مباحثی است که در این مقاله سعی برآن می شود که پاسخی برای آن یافته شود.
الف- مقدمه :
خدمات رسانی و سرویس دهی به مشتریان مهمترین هدف در صنعت برق کشور بوده وهست. همچنین جریان اطلاعات یکی ازابزارهای مهم وکارآمد دراداره یک سازمان جهت سرویس دهی نهائی به مشتریان می باشد. چنانچه سازمانی بخواهد اطلاعاتی درست، بروز ودقیق داشته باشد وازآن درتصمیم گیریها استفاده نماید باید ضمن اهمیت دادن به سیستمهای اطلاعاتی نسبت به بهبود وتوسعه این سیستمها کوشش جدی بعمل آورد.
با توجه به پیشرفت ارتباطات وتبدیل جهان به یک دهکده جهانی درهرلحظه مدیران با حجم انبوهی ازاطلاعات روبرومی شوند. با اینحال نیاز آنها به تصمیم گیری براساس اطلاعات افزایش یافته وافق وسیعتری را دربرمی گیرد.
حال این نیازها چگونه باید برآورده شود تا بیشترین بازدهی راداشته باشد ومدیران با حداقل صرف وقت خود بتوانند اطلاعات مورد نیاز رادریافت نمایند؟ چگونه اطلاعات سازماندهی شوند تا از انباشتگی اطلاعات درذهن کاربران جلوگیری شده و اطلاعات بدست آمده حداکثر بازدهی خودرا داشته باشد؟ این قبیل سئوالات موجب طرح این مقاله با هدفهای زیر گردید:
1-بررسی وضعیت فرایندهای موجود در صنعت برق
2-شناخت عوامل موثر بر اجرای بهتر فرایندها
3-استفاده ازفن آوری اطلاعات درسیستم های کنونی
برای نیل به اهداف مذکوربررسی هائی بشرح زیردراین پروژه تحقق یافته است :
1- ابتدا فرآیندها در بخش های تولید ؛انتقال؛توزیع بررسی و بطور کلی این فرآیندها بررسی شده اند
2- عواملی را در سرعت بخشیدن به این فرآیندها از طریق استفاده از IT1[1][1] قابل حصول است بررسی شده اند.
3- راهکارهائی برای آنها ارائه شده است.
ý بخش دوم:وضعیت موجود
الف- استراتژی های صنعت برق
در سایت اینترنت وزارت نیرو وظایف صنعت برق کشور را تحت پوشش شرکت توانیر بصورت زیر بیان نموده است:
شرکت مادر تخصصی توانیر متولی حفظ و توسعه سرمایه های ملی در صنعت برق است که با مجموعه شرکت های تحت پوشش درسطح کشور، مسئول برنامه ریزی ، توسعه ، نگهداری و بهره برداری از مجموعه تاسیسات برق به منظور تامین مصرف برق کشورمی باشد.
موضوع فعالیت شرکت: مدیریت سهام و سرمایه های شرکت در صنعت برق، انجام هرگونه فعالیت در راستای تامین برق مطمئن و اقتصادی برای کلیه مصارف خانگی، عمومی، صنعتی، کشاورزی، تجاری و غیره اعم از سرمایه گذاری، مدیریت و نظارت بر ایجاد و بهره برداری از تاسیسات و انجام کلیه معاملات مربوط به برق که برای تحقق اهداف شرکت لازم می باشد از طریق شرکتهای زیرمجموعه و یا در صورت لزوم با تصویب مجمع عمومی توسط خود شرکت.
صنعت برق استراتژی خود را در سه وظیفه اصلی تولید و انتقال و توزیع جهت کشور تبیین نموده بطوری که استراتژی کل صنعت برق را تامین و تولید وانتقال نیروی برق جهت مصرف مشترکین داخلی و فروش برق به خارج از کشور بنا نهاده است.
ب- تقسیم بندی کلی
بطور کلی فرآیندها ی کسب وکار هر سازمان به سه بخش استراتژیک- کنترل مدیریتی – کنترل عملیاتی قابل تقسیم است.این بخشها در فرایندهای کاری خود با یکدیگر ارتباط داشته و لذا به برنامه جامعی نیاز دارند تا این ارتباط را برقرار نمایند.به هیمن منوال فرآیندهای اساسی هر یک از بخشهای تولید؛ انتقال و توزیع را می توان به فرآیندهای زیر تقسیم نمود:
– فرآیندهای فنی و تخصصی
این فرآیندها مراحل اساسی نصب و راه اندازی تجهیزات و تعمیرات دوره ای را شامل می شوند
– فرآیندهای اداری وپشتیبانی
این فرایندها شامل کلیه عملیات سازمان در راستای ارتباط با بیرون سازمان و مدیریت نیروی انسانی و خدمت رسانی به کارمندان و تدارکات و خرید کالا ها می باشد.
– فرآیندهای مالی شامل مراحل خرید و پرداخت اسناد مالی است.
ج- فرآیندهای اصلی صنعت برق:
تولید برق
با توجه به اینکه نیروگاهها منبع اصلی تولید برق بوده لذا در این بحث باید به نیروگاهها و فرآیندهائی که در گردش کاری خود دارند توجه نموده و بررسی خود را به آنها معطوف داریم
فرآیندهای انتقال برق
پس از چرخه تولید برق انتقال برق توسط پستهای انتقال و خطوط انتقال و فوق توزیع انجام می گیرد. مراحل نصب و راه اندازی این بخش توسط پیمانکاران انجام گرفته ونهایتا بهره برداری از آنها به عهده شرکتهای برق منطقه ای بوده وتعمیرات آنها به عهده پیمانکاران و یا شرکتهای خصوصی است.
فرآیند توزیع برق
پس از اینکه برق به ولتاژ مورد نیاز مصرف کننده رسید برق از طریق شرکتهای توزیع برق بین مشترکین توزیع می گردد.در این فرآیند باید به نقش مشتری مداری توجه اساسی مبذول گردد .
ý بخش سوم : بررسی سیاستهای فناوری اطلاعات و ارتباطات در صنعت برق کشور
شرکت توانیر سیاستهای فن آوری اطلاعات وارتباطات خود را بشرح زیر تبیین نموده است:
رئوس سیاستهای سال 84 شرکتهای برق در حوزه IT
1- ایجاد نظم و انضباط کاری در فعالیتهای ICT
2- ساماندهی سایت کامپیوتری
3- ظرفیت سازی جهت توسعه سیستم مدیریت امنیت فضای تبادل داده
4- ایجاد آمادگی برای مقابله با حوادث
5- جلوگیری از دوباره کاری در مورد برنامههای بلندمدت ICT
6- ظرفیت سازی در حوزه فناوری اطلاعات
7- توسعه خدمات الکترونیکی به شهروندان
8- استفاده از فناوریهای روزآمد و مناسب در حوزه اطلاعات و ارتباطات
9- تحقیق و توسعه
ý بخش چهارم:
بررسی وضعیت موجود صنعت برق در زمینه فن آوری اطلاعات وارتباطات:
درحال حاضر 16 شرکت برق منطقه ای و32 شرکت مدیریت تولید و41 شرکت توزیع برق و 6 شرکت ستادی و66 شرکت خصوصی وابسته به وزارت نیرو در حال فعالیت هستند که با توجه به اینکه کار نظارت و مدیریت تمام آنها را 16 شرکت برق منطقه ای عهده دار هستند لذا پایه ریزی فعالیتها و تغییرات ساختاری اساسا بر روی این شرکتها متمرکز است.
با نگاهی گذرا از منظر فن آوری اطلاعات و ارتباطات به این 16 شرکت درمی یابیم که از لحاظ دانش های مورد نیاز تخصصی در سطح نسبتا خوبی قرار دارند و این شرکتها دارای فرآیندهای تقریبا مشابه با هم می باشند.ولی در عمل با توجه به این که در شرایط مختلفی از لحاظ آب و هوائی و فرهنگی واقتصادی می باشند ولذا ولی با روشهای مختلف کارخود را انجام می دهند.
نقش فن آوری اطلاعات در صنعت برق
1- نقش پشتیبانی
در این نقش، فعالیت اصلی و محوری سازمان بدون استفاده از فن آوری هم انجام می شود، اما به کار گیری فن آوری به نحوه انجام فعالیت ها به شدت کمک می کند یا اینکه آنها را توسعه می دهد. مانند به کارگیری سیستمهای مالی یا اتوماسیون اداری برای شرکتهای برق
2- نقش محوری
فن آوری برای برخی سازما نها نقش محوری دارد به نحوی که بدون به کارگیری ان، اگر چه می توان به فعالیت ادامه داد، اما تفاوت بین به کارگیری و عدم به کارگیری فن آوری فاحش است.. در این زمینه می توان به نقش تبادل اطلاعات بازار برق در بین شرکت توانیر و شرکتهای برق منطقه ای (که آنها نیز بین تولید و انتقال برق موازنه را ایجاد می کنند ) ذکر نمود.
3- نقش استراتژیک
در نقش استراتژیک، اصولا ادامه فعالیت سازمان بدون به کارگیری فن آوری بی معنی است. مثل شبکه ارتباطی برای فروش بلیط هواپیما یا به کارگیری کامپیوتر در سیستم بانکی . این نقش در صنعت برق قابل اطلاق نمی باشد. و یاهنوز به این مرحله از نیاز و وابستگی نرسیده است.با بررسی اجمالی در مورد سه نقش فوق الذکر در صنعت برق می توان نتیجه گرفت که صنعت برق از نقش پشتیبانی به خوبی استفاده می نماید اما هنوز از نقش محوری فن آوری اطلاعات بخوبی استفاده ننموده و در ابتدای راه است .
برای روشن تر شدن موضوع می توان به نقش فن آوری اطلاعات در هدایت و راهبری شبکه سراسری برق اشاره نمود که کنترل قطعی ها و خاموشی ها و کمبودهای برق توسط دیسپاچینگ با استفاده از بستر های مخابراتی نظیرسیستم PLC2[2][2]های انجام می گردد که این روش گر چه تاکنون جوابگو بوده ولی با استفاده بسترهای جدیدی نظیر فیبر نوری ارتباطات بسیار بهتر و در آینده می توان دیسپاچینگ مرکزی قویتر با امکاناتی نظیر کنترل و قطع و وصل پستهای انتقال و فوق توزیع پیش بینی نمود.تاثیر فن آوری اطلاعات بر مدیریت صنعت برق (بطور عام صنعت کشور)و نقش مدیریت بر فن آوری اطلاعات :
حال حاضر ما در مقطع گذر از سبک مدیریت با بوروکراسی اداری و رسیدن به استفاده کاربردی از سیستمهای کامپیوتری می باشیم.مدیریت جدید نیاز شدیدی به توانائی وآگاهی مدیران به کاربرد سیستمهای کامپیوتری دارد بطوری که در صورت عدم آگاهی مدیران به این سیستمها کارشناسان ومدیریت پایینتر با تکیه بر اطلاعات روز خود می تواند مدیریت بالاتر را با سوء استفاده تحت الشعاع مطامع خود قرارداده ودر نهایت ضررهای جبران ناپذیری را به سازمان و کل کشور وارد نماید.
بالعکس اگر مدیریت دارای آگاهی و بینش کافی به دانش روز فن آوری اطلاعات وارتباطات باشد می تواند به نحوی مدیریت خود را با ابزار فن آوری به نحو چشمگیری ارتقاء بخشیده وتوانائی های فردی وسازمانی خود و پرسنل سازمان را افزایش دهد.
مشکلات موجود توسعه فن آوری اطلاعات وارتباطات در بخش صنعت برق:
– فقدان ساختار مالی برای تبادل پول الکترونیکی باعت عدم امکان کاهش نیروی انسانی در بخش خدمات می گرددولذاکوچک شدن حجم دولت میسر نشده بلکه روز بروز هم تعدادکارمندان دولت وهم نیروهای شرکتهای خدماتی این وسعت را بیشتر نموده اند.
– تغییرات سریع در فن آوری تجهیزات و نبودن دانش کافی به آنها
– قدمت تجهیزات سخت افزاری و نرم افزاری در اکثر شرکتهای برق
– نیاز به مدیریت دانش در سازمانهاو افزایش درخواست اطلاعات جدید ودانش روز دنیا
ý بخش پنجم: راهکارها و مدل پیشنهادی
از آنجا که سیاستهای فن آوری ابلاغ شده وزارت نیرو راهبردی بوده وجهت عملیاتی شدن این راهبردها نیاز به راهکاری عملی جهت بخش IT می باشد لذا اقدام جهت پیشبرد اهداف وقتی میسر می گردد که در عمل فرآیند وچرخه فعالیتهای IT بگونه ای هدفمند روشن شده باشد ،همچنین این فرایندها بایستی باسیاستهای مدیریتی دولت نیز همراستا باشد. چنان که مشخص می شود با سیساستهای دولت در بخش برق تحولات کلی و مدیریتی را در ساختار برق ایجاد می کند و این تحولات آنچنان اساسی است که بر روند فرآیندهای کنونی و موجود تاثیر اساسی خواهد گذاشت . برای رسیدن به فرآیندهای جدید نیاز به برنامه ریزی منابع سازمان می باشد تنها با مهندسی مجدد این فرآیندها می توان سریعتر و بهتر ومنظم تر ازوضعیت فعلی به ساختار جدید رسید.
لذا راهکاری که می توان در این رابطه پیشنهاد نمودانتخاب شرکت هائی نمونه و ایجاد برنامه ریزی منابع سازمان در راستای نیازها و همگام با تحول در مدیریت است تا بتوان به نتیجه مطلوب دست یافت.نمودار 1 ارتباط بین BPR3[3][3], ERP4[4][4] ,EFQM5[5][5] وIT و تحول سازمان می باشد.
نمودار1- چرخه تحول
نمودار شماره 1 ارتباط بین IT و ERP وBPR و ارزیابی و نهایتا تحول در مدیریت را نشان می دهد.
جهت برنامه ریزی لازم است تا فرایندهای سازمان تحلیل شده و برای ایجاد برنامه ریزی آماده شوند و لذا اولین گام مهندسی مجدد سازمان و سپس برنامه ریزی منابع سازمانی است.
توضیح بیشتر عوامل نمودار:
BPR یا مهندسی مجدد چیست؟
هرگاه به فرآیندهای سازمان با دید تحول نگریسته شود و از طریق ساختار و روش های خاص مهندسی مجدد فرایندهای سازمان بازنگری شوند به این کار مهندسی مجدد گفته می شود . نویسندگانی نظیر هاج (1980)، کلادا(1994)،و زئیری و سبنکلر(1994) معتقدند که فعالیت های پیشرفت سازمان مانند نقاط روی یک زنجیره طیف پیوسته هستند که از پیشرفت مرحله ای تا نوآوری بنیادی را شامل می شوند.
ERP (برنامه ریزی منابع سازمانی) چیست ؟
ERP در اصل مخفف واژگان Enterprise Resource Planning یا سامانه تخصیص منابع سازمان است که طیف وسیعی از فعالیتهای مختلفی را که به بهبود عملکرد سازمان منتهی می شود در بر دارد
ERP را می توان به عنوان نرم افزار یکپارچه ای تعریف نمود که دارای اجزا و یا ماژولهایی برای برنامه ریزی، تولید، فروش، بازاریابی، توزیع، حسابداری، مدیریت منابع انسانی، مدیریت پروژه، مدیریت موجودی، مدیریت خدمات و نگهداری و تعمیرات، مدیریت حمل و نقل و بازرگانی الکترونیک است. معماری و ساختار ERP بگونه ای است که یکپارچگی و جامعیت اطلاعات سطح سازمان را فراهم نموده و جریان روان اطلاعات بین بخشهای مختلف سازمان را فراهم می آورد.
انجمن کنترل تولید و موجودی آمریکا ERP را به صورت زیر تعریف می نماید:
"روشی برای برنامه ریزی و کنترل موثر تمامی منابع مورد نیاز برای دریافت، تولید، ارسال و پاسخگویی به نیازهای مشتریان، در شرکتهای تولیدی، توزیعی و خدماتی."
اجزای یک سیستم ERP
1- نرم افزار ERP
– هسته اصلی هر سیستم ERP بخش نرم افزار آن است. نرم افزار ERP در عمل بر مبنای زیر برنامه های کاربردی قرار دارد. هر یک از زیر برنامه های کاربردی فعالیتهای عملیاتی بخشی از سازمان را به شکل مکانیزه شبیه سازی می کند. زیر برنامه های معمول نرم افزارهای ERP مدیریت تولید، خرید مواد اولیه، کنترل موجودی انبار،، ارسال مواد به واحدهای تولیدی و ردگیری سفارشات را پوشش می دهد.
2-فرایندهای کسب و کار کارآمد
– فرایندهای کسب و کار سازمان به سه سطح کلی تقسیم بندی می شوند – فرایندهای استراتژیک، کنترلهای مدیریتی و کنترلهای عملیاتی. ERP ها به تدریج به راه حلهای جامعی برای کارآمد کردن فرایندهای سازمان در هر سه سطح مذکور ارتقا یافته اند. بخش عمده ای از موفقیت سیستمهای ERP به یکپارچه کردن فعالیتها در کل سازمان باز می گردد.
3-کاربران
– کاربران سیستمهای ERP می توانند کلیه کاربران سازمان در هر سطحی از هرم سازمانی را شامل شوند.
معمولترین سیستم عامل برای کاربری نرم افزارهای ERP سیستم عامل UNIX می باشد. علاوه بر این Windows NT و Linux دیگر سیستمهای عامل مورد استفاده برای نرم افزارهای ERP اند اما اکثر سیستمهای ERP بزرگ بر مبنای سیستم عامل UNIX قرار دارند. UNIX سیستم عاملی است که در اصل برای استفاده همزمان جندین کاربر طراحی شده و پروتکل ارتباطی TCP/IP را در خود دارد. از دید فنی دلایل زیادی برای توجیه قرارگیری ERP بر روی سیستم عامل UNIX وجود دارد.
4-محدوده سیستم ERP:
– محدوده سیستم ERP از محدوده سازمانی که ERP در آن پیاده سازی می شود کوچکتر است. بر عکس ERP ، مرز سیستمهای زنجیره ای تامین و تجارت الکترونیک از محدوده سازمان فراتر رفته و تا تامین کنندگان ، شرکا و مشتریان سازمان گسترش می یابد. با این حال، عملاً پیاده سازی بسیاری ا ز سیستمهای ERP مستلزم یکپارچه سازی با سیستمهای اطلاعاتی خارج از محدوده سازمان است.
مزایای (چرخه تحول) را می توان بشرح زیر تکمیل نمود:
برآوردن انتظارات سازمان
شفاف شدن ساختار سازمان و ساده سازی
بهینه سازی فعالیتها
اصلاحات وتحول در مدیریت
کاهش هزینه های فرآیندها
افزایش خدمات رسانی به ارباب رجوع
عوامل موفقیت در چرخه تحول بشرح زیر است:
حمایت و همفکری مدیران ارشد
تعریف فرآیندهاو استانداردهای عملیاتی
آموزشهای لازم و اطلاعات کافی
مدیریت پروژه طبق استانداردهای بین المللی( RUP6[6][6] و PMBOK7[7][7] و… )
برنامه ریزی هماهنگ و تداوم در استقرار مدل
لرزش دیوارها هم برق تولید می کند
تلویزیون ، یخچال و سایر لوازم برقی منزلتان را تصور کنید که نیروی خود را از انرژی تولید شده از لرزش پنجره و دیواره های ساختمان مسکونی شما می گیرد.فکر می کنید چنین چیزی تا چه حد عملی باشد؟ ماسایوکی میازاکی که یکی از محققان آزمایشگاه مرکزی توکیوست ، برای رسیدن به چنین هدفی تلاشهای فراوانی کرده است.او بتازگی توانسته است یک ژنراتور در حال حاضر خیلی کوچک بسازد که می تواند حرکات ساختمان ها را به الکتریسیته تبدیل کند و نیروی راه انداختن یک سنسور حرارتی یا نوری را که یک بار در هر ساعت کار می کند؛ تامین نماید.گرچه خروجی این ژنراتور بسیار کوچک و فقط در حد 10میکرووات است ؛ اما دانشمندان آینده ای خوب را برای آن پیش بینی می کنند و امیدوارند که در دهه های آینده ، این ژنراتور بتواند بازدهی خوبی داشته باشد.به طوری که بتوان سیستم های رایانه ای بدون باتری را به کمک آن راه اندازی کرد.کار میازاکی در واقع قسمتی از یک جنبش رو به رشد میان دانشمندان است که هدف آن یافتن ، خلق کردن و کسب منابع انرژی جایگزین ولو در مقادیر کوچک ، یعنی بسیار کمتر از یک وات است. این دانشمندان امیدوارند که بتوانند انرژی را از هر چیزی ، از لرزش دیوارها و پنجره ها گرفته تا حرکات هوا و بدن انسان ها برداشت کنند.در حالی که منابع جایگزین انرژی به تنهایی نخواهند توانست الکتریسیته بیشتری را تولید کنند؛ اما می توانند وسایل کوچکی از قبیل تراشه های رایانه ای ، شبکه های حسگر بی سیم و یا تلفنهای همراه را به راه اندازند. ایده این کار نیز بسیار ساده است.درست همانند برخی از ساعتهای مچی که نیروی خود را از حرکات اتفاقی دست یک شخص می گیرند، این وسایل نیز انرژی خود را از حرکات اتفاقی دیگر چیزها کسب می کنند.
نتیجه گیری:
نقش فن آوری اطلاعا ت درصنعت برق در حد پشتیبانی بوده و هنوز به نقش محوری خود دست نیافته و نسبت به سایر صنایع از بعد IT در اواسط راه می باشد ولذا لازم است تا با ایجاد نقش محوری به یک صنعت پیشرو در زمینه IT مبدل شود. مهمترین راه برای نیل به این هدف وجهت افزایش سطح خدمات رسانی و کاهش هزینه ها نیاز به مهندسی مجدد فرآیندها و پیاده سازی برنامه ریزی منابع سازمانی است . نکته اساسی این که این برنامه ریزی نباید تکرو و تنها جهت پیشبرد استفاده از IT باشد بلکه باید همراستا با ساختار و اهداف مدیریتی حرکت نماید تا با حل مشکلات موجود صنعت برق بتواند با تحول خود در بطن شرکتها وسازمان های تابعه ؛ قابلیتها را دوچندان نموده وتحرک و شادابی به بدنه اداری بخشیده ودیگر سازمانها را بدنبال خود به حرکت وادار سازد. با مدل پیشنهادی تمام بخشهای مدیریتی وکارشناسی سازمان در جهت اهداف سازمان به حرکت درآمده ومجموعه ای به هم پیوسته را که با فن آوری اطلاعات و بحثهای مدیریت نظیر تحول اداری وخصوصی سازی هم جهت می باشد را ارائه خواهد نمود. به امید آنروز…
منابع:
www.yrec.com
www.daneshnameh.com
—————
————————————————————
—————
————————————————————