روش شناسایی سیم و کابل مرغوب

روش شناسایی سیم و کابل مرغوب:

۱- سطح بیرونی سیم و کابل باید صاف و فاقد هرگونه فرورفتگی و برجستگی باشد (موج دار بودن سطح سیم وکابل‌های غیرقابل انعطاف ایراد محسوب نمی‌شود).

۲- قطر زیاد عایق یا غلاف سیم وکابل دلیلی مبنی بر مرغوب بودن آن محصول نیست متأسفانه برخی از تولیدکنندگان با کاستن از وزن مس لازم در سیم و کابل (با کاستن تعداد رشته‌های مس و یا قطر رشته‌های مس) و افزودن به قطر عایق یا غلاف سبب می‌شوند وزن محصول مناسب به نظر برسد اما این محصول قابلیت استفاده برای مورد طراحی شده را نخواهد داشت و در صورت استفاده سبب بروز آتش‌سوزی و یا مشکلات دیگر می‌شود.

۳- هنگامی که سیم را از مقطع برش می‌زنیم (توسط سیم چین یا تیزبر) باید هادی (مس) در مرکز عایق قرار گرفته باشد که اصطلاحاً به آن سنتر بودن هادی گفته می‌شود.

۴- هنگامی که کابل را از مقطع برش می‌زنیم باید غلاف به گونه‌ای سیم‌ها را در برگرفته باشد که ضخامت غلاف در اطراف سیم‌ها مساوی باشدکه اصطلاحاً به آن سنتر بودن سیم‌ها گفته می‌شود.

۵- عایق سیم هنگام جداسازی از هادی (مس) باید به آسانی و به صورت کشسان از روی مس جدا گردد.

۶- در مورد کابل‌ها باید دقت نمود که جداسازی سیم‌ها از هم و از غلاف کاملاً آسان انجام پذیرد.

۷- در رابطه با سیم و کابل‌های مسی (که مورد بحث این نوشته می‌باشد) هادی مس باید شرایط زیر را داشته باشد:

الف- از مس خالص نرم شده (آنیل شده) تهیه شده باشد.

ب- سطحی کاملاً شفاف و براق داشته باشد.

ج- اکسید نشده باشد (رشته‌های مس سیاه نباشند).

د- قابل انعطاف باشد (با خم و راست شدن سیم، رشته‌های هادی نشکند).

ه- به اندازه کافی و طبق جداول استاندارد برای هر مقطع سیم، مس مصرف شده باشد (کم بودن میزان مس سبب می‌شود مقاومت هادی به نسبت استاندارد آن مقطع زیاد باشد و استفاده مازاد آن سبب هدر رفتن فلز گران‌بهای مس می‌شود و در نتیجه قیمت تمام شده سیم یا کابل افزایش می‌یابد).

افزایش بی‌سابقه قیمت مس، بسیاری از تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان سیم و کابل را به فکر جایگزینی آلومینیوم به جای مس انداخته است. این جایگزینی در سیستم‌های انتقال و توزیع نیروی برق انتخاب مناسبی است ولی در مصارف عمومی و سیم کشی‌های داخلی، بویژه در هادی‌های افشان و مقاطع کوچک دارای اشکالات فنی است.

 سیم های آلومینیوم روکش مس  غیر استاندارد

اخیراً مشاهده شده که برخی از سازندگان، سیم‌های آلومینیوم با پوشش مس را در سیم‌کشی ساختمانها مورد تبلیغ قرار داده و تولید سیم‌های مذکور به صورت انبوه آغاز شده است ولی دلایل زیر استفاده از آنها در سیم و کابل‌های ساختمانی را ممنوع می‌نماید:

۱- غیر مجاز بودن هادی‌های آلومینیومی مطابق با استاندارد ملی ISIRI 1926 ,ISIRI 607

۲- براساس استانداردهای هادی‌های سیم و کابل به شماره ISIRI3084 ,ISIRI60228 هادی‌های آلومینیومی فقط برای کلاس ۱و۲ (غیرافشان) آن هم سطح مقطع ۱۰ به بالا مجاز می‌باشد.

۳- هادی‌های آلومینیمی غیر افشان تنها در کابل‌های قدرت سنگین از ولتاژ Kv0.6/1 به بالا مجاز است.

۴- در مبحث سیزدهم مقررات ملی ساختمان سازمان نظام مهندسی سیم و کابل‌های مورد استفاده در ساختمان‌ها باید دارای هادی مسی باشند.

آلومینیوم به دلیل داشتن مقاومت الکتریکی بالا، احتمال خوردگی و مجاورت سایر فلزات، اکسیده شدن آن، بالا بودن ضریب انبساط خطی، احتمال خارج شدن آن از محل اتصال در نتیجه تغییرات دما، استفاده عمده از این نوع هادی را با مشکل مواجه کرده است.

براساس گزارش کمیسیون ایمنی محصولات مشتریان آمریکا، در سالهای بین ۱۹۶۵ و ۱۹۷۲ به علت کمبود مس از فلز آلومینیوم در سیم کشی منازل استفاده شد که بعدها اتفاقات ناخوشایندی به وقوع پیوست:

– کشده شدن ۲ نفر در سال ۱۹۷۴ در آتش‌سوزی منزل

– آتش‌سوزی در شام باشگاه بورلی هیلز کنتاکی

– مرگ یک خانواده ۵ نفری شامل ۳ کودک در سال ۲۰۰۱ در نیوجرسی

که همگی به علت سیم‌کشی آلومینیومی بودند.

مشکلات فلز آلومینوم در اتصالات را می‌توان ناشی از عوامل زیر دانست:

۱- ضریب انبساط خطی آلومینویم بیشتر از مس است، و طول آن در مواقعی که جریان از آن می گذرد بیشتر می‌شود. این عامل می تواند به شل شدن در اتصالات کمک کند.

۲- فلزات در فضای اکسیژن اکسیده می‌شوند. اکسید مس به مانند یک هادی عمل می‌کند، در حالی که اکسید آلومینیوم در برابر عبور جریان، مقاومت الکتریکی زیادی دارد.

۳- با گذشت زمان شل شدن سیم‌ها بیشتر شده و اکسید شدن سیم نیز افزایش پیدا می‌کند که این روند با سرعت ادامه پیدا می‌کند و در نهایت باعث ایجاد حرارت و جرقه‌های متوالی می‌شود.

در این جا برخی از علایمی که در منازل دارای سیم‌کشی آلومینیومی ظاهر می‌شود، اشاره می‌گردد:

۱- سوسو شدن نور چراغ

۲- صدا یا تصویر غیر عادی در رادیو و تلویزیون

۳- کاهش اندازه تصویر تلویزیون

۴- قوس یا جرقه در کلیدها

۵- گرم شدن صفحات کلیدها

۶- عمل کردن بدون دلیل رله حرارتی

۷- انتشار بوی دود از کلید و پریزها

عوامل مؤثر در انتخاب نوع کابل ها

در تأسیسات مربوط به انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، و تجهیزات برقی، نیاز به استفاده از کابل می باشد. لذا بایستی با مشخصات کابل ها و کاربرد آن ها آشنایی مختصر پیدا کرد. یکی از مشخصه های اصلی هر کابل قدرت تحمل جریان الکتریکی آن می باشد که به نوع کابل، شرایط محیط و محل نصب آن بستگی دارد. و چنان چه مقدار جریان از حد معینی بیشتر گردد علاوه بر گرم شدن کابل ممکن است موجب سوختن آن نیز بشود. از دیگر عواملی که در انتخاب کابل باید در نظر داشت، افت ولتاژ آن است، زیرا کاهش ولتاژ دستگاههای صنعتی علاوه بر ایجاد اشکال در طرز کار صحیح آن ها در پاره ای موارد موجب آسیب دیدن دستگاه نیز می شود. 

به طور کلی در انتخاب کابل برای تجهیزات برقی باید به نکات زیر توجه نمود:

۱- جریان مصرفی تحت هیچ شرایطی نبایستی از جریان مجاز کابل بیشتر شود.

۲- از آن جا که تعویض کابل غالباً با هزینه سنگین همراه است، لذا افزایش جریان ناشی از طرح توسعه آینده در نظر گرفته شود.

۳- افت ولتاژ کابل از حد مجاز زیادتر نگردد.

۴- سطح مقطع کابل (و در نتیجه قیمت آن) با توجه به تلفات الکتریکی، تا حد ممکن مقرون به صرفه باشد.

۵- انتخاب کابل با پوشش مناسب، با توجه به شرایط محیط (هوای آزاد، زیر خاک، حرارت و برودت و غیره) صورت پذیرد.

 محاسبه جریان مصرفی

با استفاده از روابط زیر می توان جریان مصرفی را در یک شبکه تعیین نمود: 

در شبکه تکفاز

 I = جریان مصرفی به آمپر

V = ولتاژ به ولت

P = توان مصرفی به وات

PF = ضریب توان یا Cos

مثال ۱- یک موتور الکتریکی سه فاز دارای مشخصات زیر است: 

ولت                                V=380 

توان (وات)                 P=18.4 kW

                                 0.85=Cos 

جریان مصرفی موتور را محاسبه نمائید. 

      

وات

 P = 18.4 X 1000 = 18400 

آمپر 

محاسبه جریان مجاز کابل جهت جلوگیری از آسیب رسیدن به کابل، بایستی گرمای ناشی از عبور جریان در کابل، با محیط اطراف مبادله گردد. سرعت تبادل حرارت به عواملی از قبیل درجه حرارت محیط، نحوه قرار گرفتن دو یا چند کابل در مجاورت یکدیگر و غیره، بستگی دارد. بدیهی است که نصب کابل در فضای کوچک و بسته ای مانند کانال و لوله ها باعث کندی تبادل حرارت با محیط اطراف می گردد. بنابراین تحت چنین شرایطی باید کابلی با جریان مجاز بیشتر از جریان مصرفی مورد نیاز انتخاب نمود. بعبارت دیگر برای تبدیل جریان مصرفی به جریان مجاز کابل، باید از ضرائب معینی، بنام ضرایب تصحیح جریان که در جداول 1، 2 و 3 داده شده، طبق رابطه مقابل استفاده نمود:

 Ic = جریان مجاز کابل               I = جریان مصرفی          F = حاصلضرب ضرایب تصحیح 

مثال ۲- می خواهیم دو موتور با مشخصات مثال 1 را در نزدیکی تابلوی توزیع برق نصب کنیم. چنانچه کابل کشی در زیر خاک و در مجاور هم انجام شود، با توجه به درجه حرارت محیط که °c 40 می باشد، از چه نوع کابل باید استفاده نمائیم.

ضریب درجه حرارت محیط                           77/0

ضریب تعداد کابلهای مجاور هم                        85/0

با توجه به جداول شماره 1 و 3 و جریان مصرفی محاسبه شده در مثال قبل، جریان مجاز هر کابل برابر است با:    F = 0.77 X 0.85 = 0.65                    

 آمپر 

 

با توجه به جریان بدست آمده و جریان مجاز نوشته شده در کاتالوگها ، کابل مناسب قابل انتخاب  است.

تعیین افت ولتاژ کابل

افت ولتاژ معمولاً بر حسب درصد بیان می شود. برای محاسبه افت ولتاژ در یک کابل مشخص، با مراجعه به جدول شماره4، ضریب افت ولتاژ مربوط به آن را پیدا نموده و سپس با استفاده از روابط زیر می توان درصد افت ولتاژ کابل را محاسبه نمود:

افت ولتاژ کابل                                                   

 = افت ولتاژ کابل به ولت

 V = ولتاژ شبکه به ولت

 L = طول کابل به متر

 P = توان مصرفی به کیلووات

 m = ضریب افت ولتاژ کابل (جدول 4)

در محاسبات افت ولتاژ، معمولاً حداکثر درصد افت ولتاژ (افت ولتاژ مجاز) را برای کابلها 3 درصد درنظر  می گیرند. همانطور که در جدول شماره 4 ملاحظه می گردد، با افزایش سطح مقطع، ضریب افت ولتاژ و نتیجتاً درصد افت ولتاژ کابل، کاهش می یابد که این امر نیز به نوبه خود منجر به تقلیل توان الکتریکی تلف شـده در کابل می شود. اما از طرفی با افزایش سطح مقطع کابل قیمت آن نیز بالا می رود. لذا برای رسیدن به بهترین نوع انتخاب کابل، توجه به نکات زیر ضروری می باشد:

1- با توجه به توان مصرفی، جریان مجاز و سپس سطح مقطع کابل را مشخص نمائید.

2- با استفاده از سطح مقطع تعیین شده، افت ولتاژ کابل را محاسبه کنید. حال چنانچه درصد افت ولتاژ از حد مجاز زیادتر باشد، سطح مقطع بالاتر را در نظر بگیرید.  

شرح علائم و نحوۀ استخراج اطلاعات از روی کابل ها

بر روى بدنهٔ کابل ها از یک سرى حروف، که نشان دهندهٔ نوع عایق به کار رفته در کابل است و هم چنىن یک سرى اعداد، که نشان دهندهٔ تعداد رشته و سطح مقطع هر رشته است (به همراه حروف اختصارى تعداد رشته و سطح مقطع، در کنار ولتاژ قابل تحمل عاىق کابل)، استفاده مى شود. از این اطلاعات براى تشخیص زمینهٔ کاربرد کابل ها مى توان استفاده کرد.

براى جلوگیرى از اشتباه و جهت تشخیص سیم هاى کابل از یکدیگر، عایق سیم هاى هادى را در رنگ هاى مختلف انتخاب مى کنند:

تعداد سیم های کابل	رنگ عایق سیم های کابل بدون سیم ارت	رنگ عایق سیم های کابل با سیم ارت
۱ سیمه	سیاه	-
۲ سیمه	سیاه - آبی	-
۳ سیمه	سیاه - آبی - قهوه ای	سبز و زرد - آبی - قهوه ای
۴ سیمه	سیاه - آبی - قهوه ای - سیاه	سبز و زرد - آبی - قهوه ای - سیاه
۵ سیمه	سیاه - آبی - قهوه ای - سیاه - سیاه	سبز و زرد - آبی - قهوه ای - سیاه - سیاه
۶ سیمه و بالاتر	تمام سیم ها سیاه و دارای شماره اند	سبز و زرد - بقیه سیم ها سیاه و دارای شماره اند

رنگ بندى عایق سیم ها بر اساس استاندارد  VDE  0271 آلمان و 1-670 مؤسسه تحقیقات صنعتى ایران

با توجه به استاندارد VDE  0271 آلمان برای شناسایی و نام گذاری سیم و کابل از حروف خاصی استفاده می شود. در جدول زیر شرح این علائم آورده شده است:

مثال 1:

اگر روی کابلی نوشته‌شود NYY 3×35+16 rm  0.6/1 kv؛ این کابل از نوع نرم‌شدهٔ مسی، عایق‌شده با پروتودور و روکش پروتودور است که 3 رشتهٔ هادی با مقطع ۳۵ میلی‌متر مربع و یک سیم صفر (MP) با مقطع ۱۶ میلی‌متر مربع دارد که به صورت گرد و چندرشته‌ای ساخته شده. این کابل ولتاژ ۰٫۶ کیلوولت بین فاز و زمین و ۱ کیلوولت بین دو فاز را تحمل می‌کند.

مثال 2:

اگر روی کابلی نوشته‌شود NYY 4×25 Se  0.6/1 kv؛ نشان از یک کابل نرم‌شدهٔ مسی دارد که هادی آن با پروتودور عایق شده و روکشش نیز پروتودور است. این کابل دارای ۴ رشته سیم با مقطع ۲۵ میملیمتر مربع، مثلثی‌شکل، یک‌رشته‌ای است و طراحی آن برای ولتاژ ۰٫۶ کیلوولت بین فاز و زمین و ولتاژ ۱ کیلوولت بین دوفاز انجام گرفته است.

مثال 3:

اگر روی کابلی نوشته‌شود NYY 4×6 re  0.6/1 kv؛ این کابل از نوع نرم‌شدهٔ مسی با عایق پروتودور و روکش پروتودور، ۴ سیمه با مقطع ۶ میلی‌متر مربع، گرد مفتولی، با ولتاژ ۰٫۶ کیلوولت بین فاز و زمین و ۱ کیلوولت بین دوفاز می باشد. 

معرفی سیم و کابل

همان طور که می دانیم برای توزیع  انرژی الکتریکی تولید شده، از سیم ها و کابل ها استفاده می شود. سیم یا کابل به یک هادی گفته می شود که بتواند جریان برق یا سیگنال های الکتریکی را از خود عبور داده و در عین حال نسبت به اطراف خود عایق باشد تا در شرایط کاری مختلف دچار مشکل نشود.

کابل و سیم از نظر نوع هادی، عایق بندی، شرایط نصب و … با هم تفاوت دارند. سیم به یک هادی گفته می شود که معمولا تک رشته بوده و با یک لایه عایق پوشانده می شود اما کابل ممکن است از تعدادی هادی که نسبت به یکدیگر و زمین عایق شده باشند، تشکیل شود. به طور کلی می توان گفت که تمام کابل ها و سیم ها از دو قسمت اصلی عایق و هادی تشکیل شده اند که در ساختمان هر کدام به روش خاصی به کار برده شده است.

هادی:

بخش هادی، هسته‌ی اصلی سیم و کابل را تشکیل داده و وظیفه‌ی انتقال جریان الکتریسیته را بر عهده دارد. هادی معمولاQ از جنس مس و آلومینیوم و در شکل و سطح مقطع های متفاوت ساخته می شود. قسمت هادی ممکن است به صورت افشان، نیمه افشان، مفتول و در شکل های دایره ای و سکتور در سیم ها و کابل ها مورد استفاده قرار گیرد. انواع هادی ها با حروف اختصاری زیر نمایش داده می شوند:

r : سطح مقطع دایره ای

s : سطح مقطع مثلثی

e : هادی تک رشته یا مفتول

m : هادی چند رشته یا افشان

عایق:

بخش عایق سیم و کابل، نقش حفاظت هادی در برابر اتصال به سایر قطعات را بر عهده دارد و به صورت یک روکش در تمام سطح هادی کشیده شده و آن را نسبت به محیط اطراف خود عایق می کند. این پوشش در انواع مختلف ساخته می شود که می توان به کاغذهای آغشته به روغن، عایق های لاستیکی و پلاستیکی اشاره کرد.

غلاف:

در کابل ها بعد از عایق کردن هادی ها نسبت به یک دیگر، آن ها را در پوشش عایق دیگری به نام غلاف قرار می دهند. این پوشش نیز در انواع کابل به صورت متفاوت ساخته می شود. نوع ساده‌ی غلاف فقط یک روکش پلاستیکی می باشد اما در کابل های مخصوص  ممکن است با لایه های فلزی نیز ساخته شود. این لایه‌ی فلزی که از جنس های مختلف ساخته می شود زره نام دارد. زره زیر غلاف قرار گرفته و وظیفه‌ی حفاظت کابل را در برابر تنش های مکانیکی بر عهده دارد.

نکات کلی در مورد سیم:

۱- سیم ها معمولا از جنس مس و یک لایه عایق PVC می باشند.

۲- تا ولتاژ ۷۵۰ ولت و تا سطح مقطع ۲۴۰ میلی متر مربع ساخته می شوند.

۳- در تابلو برق ها و تاسیسات ثابت نصب شده و در مقابل رطوبت به حفاظت نیاز دارند.

۴- در تاسیسات باید در داخل داکت و یا لوله به کار برده شوند.

۵- استفاده‌ی سیم در داخل و یا روی سطح بدون حفاظت های ذکر شده مجاز نمی باشد.

نکات کلی در مورد کابل:

۱- کابل ها معمولا از تعدادی هادی که نسبت به هم و محیط عایق شده اند تشکیل می شوند.

۲- تا ولتاژ ۳۸۰kv (کابل های فوق فشار قوی) و تا سطح مقطع ۱۰۰۰ میلی متر مربع ساخته می شوند.

۳- کابل را می توان با شرایط خاص به صورت مستقیم در داخل خاک، آب و یا روی سطح نصب نمود.

به عنوان مثال لایه های یک نمونه کابل فشار قوی به صورت تصویر زیر است:

براى جلوگیرى از اشتباه و جهت تشخیص سیم هاى کابل از یکدیگر، عایق سیم هاى هادى را در رنگ هاى مختلف انتخاب مى کنند:

تعداد سیم های کابل	رنگ عایق سیم های کابل بدون سیم ارت	رنگ عایق سیم های کابل با سیم ارت
۱ سیمه	سیاه	-
۲ سیمه	سیاه - آبی	-
۳ سیمه	سیاه - آبی - قهوه ای	سبز و زرد - آبی - قهوه ای
۴ سیمه	سیاه - آبی - قهوه ای - سیاه	سبز و زرد - آبی - قهوه ای - سیاه
۵ سیمه	سیاه - آبی - قهوه ای - سیاه - سیاه	سبز و زرد - آبی - قهوه ای - سیاه - سیاه
۶ سیمه و بالاتر	تمام سیم ها سیاه و دارای شماره اند	سبز و زرد - بقیه سیم ها سیاه و دارای شماره اند

رنگ بندى عایق سیم ها بر اساس استاندارد VDE 0271 آلمان و 1-670 مؤسسه تحقیقات صنعتى ایران

کابل

مقدمه:

بافه یا شاه‌سیم یا کابل، به یک یا چند سیم یا طناب که در کنار هم یا به صورت بسته، به‌هم‌پیچیده یا به‌هم‌بافته برای شکل‌دادن یک مجموعهٔ یگانه هستند، گفته می‌شود. 

اصولاً هر نوع هادى، که بتواند جرىان برق را از داخل خود عبور دهد و توسط موادى از محیط اطراف خود عایق شده باشد، به طورى که ولتاژ روى سطح عایق نسبت به زمین برابر صفر و در روى سطح سیم نسبت به زمین داراى ولتاژ فازى باشد، نامیده مى شود.

یکی از صنایع مهم و حیاتی در عرصه هر کشوری صنعت برق و مخابرات می باشد که صنعت تولید سیم و کابل یکی از زیر شاخه های آن است و با توجه به اهمیت این موضوع استاندارد بودن و استفاده از مواد اولیه درجه یک، از ارکان اساسی تولید انواع سیم و کابل می باشد.

امروزه در صنعت برق، بخش عظیمى از توزیع انرژی الکتریکى، به ویژه در فشار ضعیف، به وسیله کابل ها صورت مى گیرد. البته برای انتقال الکتریکى فشار متوسط و قوی نیز در برخى موارد از کابل های مخصوص استفاده مى شود. 

کاربرد کابل ها در تأسیسات الکتریکى بسیار وسیع و دارای اهمیت زیادی است. کارخانجات کابل سازی کابل ها را در اندازه ها و کاربردهای گوناگون و با ساختمان های داخلى متفاوت تولید مى کنند. البته علاوه بر بخش تولید، استفاده از کابل نىز نیازمند مهارت و تخصص کافى است و اتصال های مختلف در کابل کشى فشار ضعیف و فشار قوی نیاز به مهارت و رعایت اصول فنى دارد. 

در مکانیک، کابل‌ها برای بالابردن و کشیدن به کار می‌رود. در برق، از آن‌ها برای هدایت جریان برق استفاده می‌شود. یک کابل نوری دارای یک یا چند فیبر نوری در یک پوشش محافظ است که از فیبرها محافظت می‌کند. کابل مکانیکی را به طور تخصصی‌تر طناب فولادی (یا سیم بکسل) می‌نامند.

مهم‌ترین و بیشترین عایقی که در ساختمان کابل ها به کار می‌رود  P.V.C(پلی وینیل کلراید) است که پرتو دور یا پلاستیک نامیده می‌شود. P.V.C عایقی غیرقابل اشتعال است و این مزیت خوبی در کابل ها می‌باشد. دارای انعطاف‌پذیری زیادی می‌باشد. مواردی مانند ارزانی تولید انبوه و سادگی ساخت باعث شده که بیش از ۹۰ درصد کابل های فشار ضعیف از این عایق درست شوند. نوعی عایق دیگر بنام PET (پلی اتیلن) برای کابل ها به کار می‌رود که آتش گیر بوده و در مکان های اختصاصی به کار می‌رود. در بعضی از کابل ها از عایق لاستیکی استفاده می‌شود که کاربرد زیادی ندارد.

هادی کابل‌ها از جنس مس و یا آلومینیوم می‌باشند. در صورتی که بخواهیم از کابلی با هادی آلومینیوم برای کابل کشی هوایی استفاده کنیم باید یک رشته آن فولاد باشد.

نمونه ای از انواع کابل ها

تاریخچه سیم و کابل:

نخستین کاربرد انرژی برق، تأمین روشنایی بود که در دهه ۱۸۵۰ عملی شد. به طوری که اماکن عمومی، ایستگاه های قطار و فانوس های دریایی نزدیک ساحل، از روشنایی الکتریکی برخوردار شدند. در این دوران ولتاژ الکتریکی پایین بود و الکتریسیته به وسیله سیم های معمولی منتقل می‌شد. با اختراع و تکمیل ژنراتور و بهره گیری از انرژی آب و سوخت های فسیلی در ماشین های بخار، زمینه بهره‌گیری از انرژی الکتریکی افزایش یافت و همزمان با پیشرفت هایی که در زمینه استفاده از برق متناوب AC و تبدیل ولتاژهای کم به ولتاژهای زیاد به دست آمد برنامه انتقال الکتریسیته به نقاط دورتر در دستور کار قرار گرفت و شبکه‌های الکتریکی ایجاد و رو به گسترش گذاشت.

۱- تاریخچه ساخت کابل در جهان:

در همین روند بود که استفاده از کابل نیز آغاز شد. تاریخچه ساخت کابل در جهان در سال ۱۸۷۶ اندیشه تولید کابل با روکش لاستیکی به مرحله اجرا درآمد. در این مرحله چند رشته سیم مسی را به هم تابیده و با نوعی کائوچوی طبیعی به نام « گوتاپرچا » (Guttapercha) روکش می‌کردند. در سال های نخست دهه ۱۸۸۰ کابل های ساخته شد که با مواد نفوذناپذیر در برابر آب عایق و روکش شدند. از آن پس استفاده از مواد دیگر متداول گردید . بدین ترتیب می‌توان ادعا کرد که صنعت کابلسازی، نزدیک به ۱۲۵ سال پیشینه دارد.

در آن زمان، فرآیند ساخت کابل بدین شکل بود که ابتدا یک ماده عایق با خاستگاه گیاهی را به دور رسانا پیچیده آن را در دمای ۱۳۰-۱۴۰ درجه سانتی گراد خشک و سپس آن را با مواد روغنی؛ رزین یا موم اشباع می‌کردند و سرانجام با سرب روکش می‌نمودند. اما در سال ۱۸۸۷ شیمیدان ها از راه سنتز مواد عایقی جدید موفق به تهیه ماده‌ای به نام « باکلیت » شدند که ارزانتر از لاستیک بود.

در همین دوران شبکه‌های با ولتاژ بالاتر نیز جای خود را باز کرده بودند به طوری که در سال ۱۸۹۸، نخستین کابل ۱۰ کیلوولت سه رشته‌ای، برای یک شبکه برق متناوب سه فاز ساخته شد. همراه با روند تکمیلی ساخت کابل که پیوسته ادامه داشت، در سال ۱۹۳۵، یک کارشناس سوئیسی به نام بورل (Borel) با قراردادن دو الکترود در داخل روغن و با گذاشتن لایه‌های مختلفی از کاغذهای عایق در میان دو الکترود ولتاژ شکست این مواد را اندازه‌گیری کرد و نشان داد که با بهبود شرایط ساخت کیفیت عایق های کاغذی بالا می‌رود و می‌توان آن ها را در ولتاژهای بالاتر به کار گرفت.

با این پیشرفت ساخت کابل های با ولتاژ بالاتر روز به روز گسترش یافت و با بهره گیری از مواد دیگری مانند EPR ,PVC ,PE و دامنه فعالیت در صنعت کابل سازی فراگستر شد و سرمایه‌گذاری های کلانی را جذب کرد.

۲- تاریخچه کابل سازی در ایران:

مستندات موجود نشان می دهد که از همان سال های ورود کارخانه برق امین الضرب به ایران در سال ۱۲۸۲ خورشیدی سیم های روکش دار و سپس کابل توسط همین شخص خریداری و به ایران وارد شد. در سال های نخست بهره برداری از انرژی برق، معمولاً سیم های روکش دار به کمک مقره های کوچک سفید رنگ قرقره مانندی بر روی دیوارها و سقف اتاق ها و سالن ها نصب می شدند، سپس در پی بهره گیری از انرژی برق برای راه اندازی موتورهای برقی در کارگاه ها و کارخانه ها ورود کابل نیز چشمگیر تر شد. از سویی با جمع آوری شبکه های هوایی در شهرهای بزرگ به ویژه تهران و اصفهان و نصب شبکه های زمینی فشار ضعیف و فشار متوسط، نیاز به کابل های پیشرفته وارداتی اجتناب پذیر شد و بنگاه های برق برای تأمین نیازهای گوناگون و گاهی پیچیده، تنها به بازارهای برون مرزی متکی شدند و انبارهایشان پر از کابل های متنوعی شد که سازندگان بی شماری در سطح جهان خریداری می کردند. 

برتری مدارهای کابلی و نیازهای روزافزون به شبکه های زمینی در سطح و درون کارخانه ها و کارگاه ها، برنامه ریزان اقتصادی و فنی و سرمایه گذاران را بر این باور کشاند که با سرمایه گذاراری در صنعت کابل سازی، افزون بر تأمین نیازهای داخلی، از خروج ارز نیز جلوگیری می شود. در این میان با پدید آمدن زمینه ورود فن آوری ها و دانش های نوین پیشرفته و برپایی پایگاه های تحقیقاتی-تخصصی، به روند روبه رشد پیشرفت های علمی و فنی، کمک می شود. چنین بود که اندیشه ایجاد کارخانه های کابل سازی پاگرفت.

۳- روند کنونی کابل سازی در ایران:

ایجاد کارخانه های سیم سازی و کابل سازی در ایران از اوایل  است، هرچند به نظر می رسد که سیم سازی باید پیشینه بیشتری داشته باشد. از سویی یکی از نخستین واردکنندگان سیم های رسانا به ایران شخصی فرانسوی بود که از کارخانه کابل C.E.E.M سیم و کابل وارد می ساخت. این نام اختصاری در زبان فرانسه "ِسِ دوزم" خوانده می شود ولی در ایران به آسانی تبدیل به سیم شد و با توجه به زمینه پیشین این واژه در ایران (سیم یا نقره) زمینه کاربردش به مفتول آسان تر و هموار تر گردید و سرانجام جایگاه ویژه ای در نام گذاری رسانه های برقی یافت.

تورین برقی

یک تورینِ برقی (یا شبکهٔ الکتریکی) یک شبکهٔ به هم پیوسته برای رساندن برق از تولیدکننده‌ها به مصرف کنندها است. هر تورین از سه قسمت اصلی تشکیل شده‌است:

۱- نیروگاه:

نیروگاه که انرژی الکتریکی را از منابع انرژی آتش گیر (مانند زغال سنگ، گاز طبیعی، زیست‌توده) و یا غیر آتش گیر (مانند انرژی اتمی، انرژی بادی، انرژی آبی) تولید می‌کند.

۲- خطوط انتقال:

خطوط انتقال انرژی الکتریکی برای رساندن انرژی تولید شده به مناطق مورد نیاز

۳- ترانسفورمر:

ترانسفورمر، که سطح ولتاژ را تا سطح مورد نیاز برای توزیع نهایی انرژی پایین می‌آورد.

در صنعت انرژی الکتریکی، تورین برقی واژه‌ای است که به یک شبکهٔ برقی که سه کار مجزای زیر را انجام می‌دهد گفته می‌شود:

الف- تولید انرژی الکتریکی:

نیروگاه‌های تولید معمولاً در نزدیکی منابع آب، و دور از مناطق پر جمعیت قرار دارند.

ب- انتقال انرژی الکتریکی:

انتقال انرژی الکتریکی تحت ولتاژهای بالا مناسب تر است، اما برق تولید شده توسط مولدها در ولتاژهایی کمتر از مقدار مناسب برای انتقال می‌باشد؛ بنابراین سطح ولتاژ را در یک پست برق در نزدیکی نیروگاه به کمک ترانسفورمرها بالا می‌برند و سپس آن را به خطوط انتقال برق متصل می‌کنند.

ج- توزیع انرژی الکتریکی:

در نزدیکی مناطق مصرف‌کننده سطح ولتاژ را از سطح انتقال به سطح توزیع پایین می‌آورند و بعد آن را به خطوط توزیع برق متصل می‌کنند. در نهایت، در مکان نهایی مصرف‌کننده، با توجه به ولتاژ مورد نیاز، دوباره سطح ولتاژ پایین آورده می‌شود و به مصرف‌کننده تحویل می‌گردد.

توزیع انرژی الکتریکی

مرحلهٔ توزیع انرژی الکتریکی یکی از مراحل پایانی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف‌کننده‌هاست. این مرحله انرژی الکتریکی را از سیستم انتقال به مصرف‌کنندگان منفرد انتقال می‌دهد. پست‌های توزیعی که به سیستم انتقال متصل هستند ولتاژ انتقال را به ولتاژهای متوسط (بین ۲ کیلو و ۳۵ کیلو ولت) با استفاده از ترانسفورماتورها کاهش می‌دهند. به‌طور کلی خطوط ولتاژ متوسط معمولا انرژی کمتر از ۲۰ کیلوولت را با استفاده از پست‌های ترانسفورماتوری که گاهی به‌صورت نصب‌شده بر روی تیرهای انتقال قرار دارند، و نیز خطوط ولتاژ پایین (کمتر از ۱۰۰۰ ولت) را شامل می‌شود.

توزیع نیرو: در صنعت برق، توزیع انرژى برق اساساً در دو سطح فشار متوسط و فشار ضعیف صورت مى گیرد: ۱- خط های فشار ضعیف برق مصرف کنندگان عادى با خط هاى فشار ضعیف تأمىن مى شود. این خط ها آخرىن قسمت از شبکهٔ عظیم و گستردهٔ برق رسانى را پیش از تحویل انرژى به مصرف کننده تشکیل مى دهند. خط هاى فشار ضعیف رایج در سراسر کشور از نوع ۲۲۰/۳۸۰ ولتى و معمولاً به صورت ۵ سیمه اند. ۲- خط های فشار متوسط بیش تر شبکه هاى فشار متوسط در ایران از نوع ۲۰ کیلو ولتى اند؛ اما ولتاژهاى ۳۳ و ۱۱ کیلو ولتى نىز پهنه هاى محدودى از کاربرد را دارند. شبکه های فوق توزیع: رساندن انرژى و توان به مراکز مصرف بیش تر با خط هاى ۶۳ یا (۶۶) یا ۱۳۲ کیلو ولتى صورت مى گیرد. این بخش از فعالیت نیرو رسانى را در اصطلاح شبکه هاى فوق توزیع مى نامند. ترتیب فازها در خطوط رنگ سیم فازها در نقشه کشی

خط فشار ضعیف ۲۲۰/۳۸۰ ولتى خط فشار متوسط ۱۱ کیلو ولتی خط فشار متوسط ۲۰ کیلو ولتی خط فشار متوسط ۳۳ کیلو ولتی خط فوق توزیع ۶۳ یا (۶۶) کیلو ولتی خط فوق توزیع ۱۳۲ کیلو ولت

انتقال انرژی الکتریکی

مقدمه: فرایند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرایند معمولاً شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولید کننده به پست های توزیع نزدیک شهرها یا مراکز تجمع صنایع است و از این پس یعنی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کننده‌ها در محدوده توزیع انرژی الکتریکی است. انرژی الکتریکی که در نیروگاه ها تولید می شود توسط تأسیسات انتقال که عبارتند از پست ها و خطوط انتقال و فوق توزیع می باشد، به ورودی های شبکه توزیع تحویل می گردد تا از طریق شبکه توزیع به مصرف کنندگان نهایی برسد. انتقال انرژی الکتریکی به ما اجازه می دهد تا به سادگی و بدون پذیرفتن هزینه حمل سوخت ها و هم چنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوخت ها در نیروگاه، از انرژی الکتریکی بهره بگیریم. حال آن که در بسیاری موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیرممکن است و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است. به علت زیاد بودن میزان توان مورد بحث، ترانسفورماتورها کمابیش در ولتاژهای بالایی کار می کنند (۱۱۰ کیلوولت یا بیشتر). انرژی الکتریکی معمولاً در فواصل دراز به وسیله خطوط هوایی انتقال می یابد. از خطوط زیر زمینی فقط در مناطق پر جمعیت شهری استفاده می شود و این به دلیل هزینه بالای راه اندازی و نگهداری و هم چنین تولید توان راکتیو اضافی در این گونه خطوط است.

یک خط انتقال

امروزه خطوط انتقال ولتاژ، بیشتر شامل خطوطی با ولتاژ بالاتر از ۱۱۰ کیلوولت می‌شوند. ولتاژهای کمتر، نظیر ۳۳ یا ۶۶ کیلوولت به ندرت و برای تغذیه بارهای روشنایی در مسیرهای طولانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ولتاژهای کمتر از ۳۳ کیلوولت معمولاً برای توزیع انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از ولتاژهای بیشتر از ۲۳۰ کیلوولت با نام « ولتاژهای بسیار بالا » (Extra High Voltage) یاد می‌شود چرا که بیشتر تجهیزات مورد نیاز در این ولتاژها با تجهیزات ولتاژ پایین کاملاً متفاوتند.

تاریخچه: سال‌ها پیش یعنی در سال‌های آغازین بهره‌گیری از انرژی الکتریکی، انتقال توان با همان ولتاژ مصرف کننده‌ها انجام می‌گرفت و این به دلیل استفاده از توان الکتریکی به صورت DC بود، چراکه در آن زمان هیچ راهی برای افزایش ولتاژ DC وجود نداشت و از آن جا که انواع مختلف مصرف کننده ها مثل لامپ ها یا موتورها نیازمند ولتاژهای مختلفی بودند برای هر یک باید از ژنراتوری جداگانه استفاده می شد که این خود امکان استفاده از یک شبکه بزرگ برای تغذیه کلیه مصرف کننده‌ها را از بین می‌برد. در جلسه گروه AIEE در ۱۶ می ۱۸۸۸ نیکولا تسلا مقاله ای را با نام « سیستم جدید موتورها و ترانسفورماتورهای متناوب » ارایه کرد و به بیان مزایای استفاده از این سیستم پرداخت. مدتی بعد شرکت وستینگ هاوس پیشنهاد ساخت اولین سیستم جریان متناوب را داد. با استفاده از ترانسفورماتور امکان اتصال مولدها به خطوط انتقال ولتاژ بالا و هم چنین امکان اتصال خطوط ولتاژ بالا به شبکه های محلی توزیع فراهم شد. با انتخاب فرکانسی مناسب امکان تغذیه انواع بارها از جمله روشنایی ها و موتورها ایجاد می شد. مبدل‌های گردان و بعدها لامپ های قوس جیوه و دیگر یکسو کننده های جریان امکان اتصال مصرف کننده های DC را با استفاده از یک نوع یکسو ساز به شبکه مهیا می‌ساختند. حتی مصرف کننده های با فرکانس های متفاوت هم می توانستند با استفاده از مبدل‌های گردان به شبکه متصل شوند. با استفاده از نیروگاه های متمرکز برای تولید برق هم چنین امکان صرفه جویی به وسیله تولید انبوه فراهم شد و ضریب بار در هر نیروگاه امکان تولید با راندمان بالاتر را نیز ایجاد کرد به طوری که امکان استفاده از برق با قیمت کمتری برای مصرف کننده ها فراهم شد. بدین ترتیب امکان به وجود آمدن یک شبکه بزرگ برای تغذیه انواع مختلفی از مصرف کننده‌ها پدید آمد. با استفاده از نیروگاه های چند برابر بزرگ‌تر که به منطقه بزرگی اتصال داده شده بودند، قیمت تمام شده تولید برق کاهش یافت و امکان استفاده از نیروگاه های با راندمان بالاتر فراهم شد که می توانستند بارهای مختلف را تغذیه کنند. هم چنین بدین ترتیب ثبات تولید برق افزایش پیدا کرد و هزینه سرمایه‌گذاری در این بخش کاهش یافت و در نهایت امکان استفاده از منابع انرژی دور افتاده مثل نیروگاه های هیدروالکتریک و یا زغال سنگ معادن دور دست، بدون نیاز به پرداخت هزینه حمل و نقل سوخت ها فراهم شد.

نیکولا تسلا (زاده ۱۰ ژوئیه ۱۸۵۶ در سمیلجان اتریش -درگذشته ۷ ژانویه ۱۹۴۳ در نیویورک سیتی)  خیابان های نیویورک سال 1890؛ علاوه بر خطوط تلگراف، خطوط برق های متعددی برای هر طبقه از دستگاه، نیاز به ولتاژهای مختلف مورد نیاز بود. اولین آلترناتور تک فاز وستینگ هاوس در سال 1893 در نمایشگاه جهانی در شیکاگو.

در خطوط انتقال ابتدایی از مقره‌های « Pin & Sleeve » استفاده می‌شد. این مقره‌ها شبیه مقره‌هایی هستند که امروزه برای خطوط تلفن هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از این مقره‌ها دارای محدودیت بود چراکه تا ولتاژ ۴۰ کیلوولت قابل استفاده بودند. در سال ۱۹۰۷ ابداع مقره‌های بشقابی به وسیله هارولد باک (Harold W. Buck) از شرکت « Niagara Falls Power » امکان استفاده از مقره‌ها در ولتاژهای بالاتر را هم فراهم آورد به طوری که اولین خط انتقال برای مقادیر بالای انرژی الکتریکی در ایالات متحده بین نیروگاه هیدروالکتریک آبشار نیاگارا و « بافالو » در نیویورک به وجود آمد. هم اکنون تندیس نیکولا تسلا برای قدردانی از همکاری او در راه انتقال انرژی الکتریکی در کنار آبشار نیاگارا قرار دارد.

در طول قرن بیستم ولتاژ انتقال رفته رفته افزایش یافت. در سال ۱۹۱۴ پنجاه پنج خط انتقال با ولتاژ بیش از ۷۰ کیلوولت در حال استفاده بودند که در این میان بیشترین ولتاژ انتقال ۱۵۰ کیلوولت بود. اولین خط انتقال سه فاز نیز با ولتاژ ۱۱۰ کیلو در آلمان بین لاچهامر و ریزا در سال ۱۹۱۲ راه‌اندازی شد. در هفدهم آوریل ۱۹۲۹ اولین خط انتقال ۲۲۰ کیلوولت در آلمان به بهره‌برداری رسید که در مسیرش از نزدیکی چهار شهر عبور می‌کرد. در این خط دکل‌ها برای افزایش ولتاژ احتمالی تا ۳۸۰ کیلو ولت ساخته شده بودند. اولین خط انتقال ۳۸۰ کیلوولت در سال ۱۹۵۷ ساخته شد، ده سال بعد یعنی در سال ۱۹۶۷ اولین خط انتقال با ولتاژ بسیار بالای ۷۳۵ کیلوولت ساخته شد. در نهایت در سال ۱۹۸۲ در اتحاد جماهیر شوروی خط انتقالی با ولتاژ ۱۲۰۰ کیلوولت ساخته شد؛ این ولتاژ بیشترین ولتاژ مورد استفاده قرار گرفته در خطوط انتقال در جهان است. علت استفاده از چنین ولتاژ در شوروی پهناور بودن این کشور نسبت به تراکم شهرها بود.

شتاب بالای صنعتی شدن در قرن بیستم به سرعت انرژی الکتریکی را به یکی از زیر بناهای مهم اقتصادی در کشورهای صنعتی بدل کرد. بدین گونه ژنراتورهای محلی و شبکه‌های کوچک توزیع به سرعت جای خود را به شبکه‌های بزرگ تولید و انتقال انرژی دادند. با آغاز جنگ جهانی اول به شتاب این تغییرات افزوده شده و دولت‌ها به سرعت شروع به ساخت نیروگاه‌های بزرگ برای تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز در کارخانه‌های اسلحه سازی کردند. بعدها از این نیروگاه‌ها برای تغذیه مصرف کننده‌های شهری استفاده شد.

انتقال انرژی در مقیاس‌های کلان: مهندسین طراح خطوط انتقال در محاسبات مربوط به طراحی این خطوط، میزان توان انتقال یافته را تا جای ممکن افزایش می‌دهند، البته ملاحظات و محدودیت‌هایی نیز مانند ایمنی شبکه، امکان گسترش شبکه، محدودیت‌های مربوط به مسیر و... در طراحی شبکه‌ها مدنظر قرار داده می‌شود. راندمان خطوط انتقال با افزایش ولتاژ افزایش می‌یابد، چرا که این کار باعث کاهش یافتن جریان می‌شود. در انتقال توان با مقیاس زیاد راندمان دارای اهمیت بسیار بالایی است و تلفات بیشتر از استاندارد می‌تواند خسارت زیادی به یک شبکه وارد کرده و یا حتی اسفاده از آن را غیر اقتصادی کند و این اهمیت محاسبات و استانداردهای مربوط به تلفات را افزایش می‌دهد. بنابر این تلفات خطوط انتقال از پارامترهای اصلی محاسبات شبکه هستند. به طور کلی شبکه انرژی الکتریکی از نیروگاه یا تولیدکننده، مدار یا شبکه انتقال و پست‌های تغییر ولتاژ تشکیل شده‌است. انرژی معمولاً در طول خطوط انتقال به صورت سه فاز AC جابه‌جا می‌شود. استفاده از جریان DC برای انتقال نیازمند تجهیزات پرهزینه برای تبدیل نوع جریان است. البته استفاده از این تجهیزات برای بعضی طرح‌های بزرگ قابل توجیه‌است. استفاده از انرژی الکتریکی به صورت تک فاز AC تنها در توزیع به مصرف کننده‌های خانگی و اداری کاربرد دارد چراکه در صنایع به دلیل استفاده از موتورهای سه فاز استفاده از انرژی الکتریکی به صورت سه فاز به‌صرفه‌تر است. البته استفاده از سیستم‌های با بیشتر از سه فاز نیز برای برخی کاربردهای خاص رایج است. توان ورودی شبکه: در نیروگاه‌ها توان الکتریکی با ولتاژ نسبتاً کمی (در نهایت ۳۰ کیلوولت) تولید می‌شود و سپس به وسیله ترانسفورماتورهای پست قدرت با توجه به طول مسیر و دیگر ملاحظات شبکه تا ولتاژی بین ۱۱۵ تا ۷۶۵ کیلوولت (در ایران این ولتاژ معمولاً ۴۰۰ کیلو ولت است) افزایش می‌یابد تا امکان انتقال آن در طول مسیرهای طولانی فراهم شود. خروجی شبکه انتقال: با نزدیک شدن خطوط انتقال به شهرها و مراکز تجمع جمعیت برای ایجاد ایمنی، ولتاژ در چند مرحله کاهش می‌یابد. مراحل کاهش یافتن ولتاژ در شبکه‌های استاندارد ایران به ترتیب از kV۲۳۰/۴۰۰، kV۱۳۲/۲۳۰، kV۶۳/۱۳۲ و kV۲۰/۶۳ است. در مرحله نهایی یا مرحله توزیع ترانسفورماتورهای توزیع ولتاژ را از kV۲۰ به برق مصرفی یا ۲۳۱/۴۰۰ ولت کاهش می‌دهند. در دیگر کشورها نیز ولتاژ مصرف‌کننده‌ها بین ۱۰۰ تا ۶۰۰ ولت است. محدودیت‌ها: مقدار توان قابل انتقال در یک خط انتقال یک مقدار محدود است و این محدودیت به ویژه با توجه به طول خط انتقال تغییر می‌کند. برای یک خط انتقال کوتاه حرارت تولید شده بر اثر عبور جریان محدودیتی را ایجاد می‌کند چراکه هرچه حرارت سیم‌ها بیشتر شود بیشتر خم می‌شوند و بیشتر به زمین نزدیک می‌شوند که این نزدیکی به زمین در نهایت می‌تواند خطر آفرین شود همچنین ممکن است هادی‌ها بر اثر عبور جریان بالا ذوب شوند.

یک دکل برق برای انتقال برق AC به صورت تک فاز (110kv 16.67Hz) در آلمان طبقه بندی سطوح ولتاژ خطوط انتقال  1. ولتاژ بالا (HV)  110kv, 132kv to 230kv 2. خطوط با ولتاژ خیلی زیاد (EHV) 345kv, 400kv, 765kv 3. خطوط با ولتاژ فوق العاده زیاد (EHV) ≥1000kv طبقه بندی سطوح ولتاژ در ایران  1. خطوط توزیع 400v, 20kv, 33kv 2. خطوط فوق توزیع 63kv, 132kv 3. خطوط انتقال 230kv, 400kv, 765kv فرکانس سیستم فرکانس استاندارد در ایران 50 Hz است. در برخی از کشورها نیز از فرکانس Hz 60 استفاده می کنند.  از نظر تولید انرژی، سیستم با فرکانس Hz 60 مقرون به صرفه تر از سیستم با فرکانس 50 Hz است. اما از نظر انتقال انرژی، سیستم فرکانس 50 Hz بهینه تر از Hz 60 است.

برای خطوط انتقال با طول متوسط (حدود ۱۰۰ کیلومتر) محدودیت بیشتر دررابطه با میزان افت ولتاژ در طول خط است و در خطوط انتقال طولانی مهمترین مسئله حفظ ثبات در شبکه‌است. زاویه بین فازها در یک سیستم سه فاز مقدیری ثابت است که تغییر بیش از حد آن در قسمتی از شبکه می‌تواند به بی‌ثباتی در کل شبکه الکتریکی بینجامد و در طول خطوط انتقال بسیار طولانی اختلاف فاز با توجه به توان و تولید شبکه تغییر می‌کند و این نکته موجب محدودیت در میزان جریان قابل انتقال در یک خط طولانی انتقال خواهد شد. برای بهبود ضریب توان در طول خطوط انتقال از تجهیزات اصلاح ضریب توان مانند خازن‌ها استفاده می‌شود. در خطوط انتقال HVDC محدودیتی در رابطه با ضریب توان خط وجود ندارد و تنها محدودیت مربوط به افت ولتاژ و تلفات ژولی خط می‌شود.

خط انتقال فشار قوی جریان مستقیم (HVDC): انتقال با جریان مستقیم یا (HVDC) برای انتقال انرژی الکتریکی در مقیاس‌های بسیار بزرگ و در طول مسیرهای طولانی یا برای اتصال دو شبکه ناهماهنگ AC مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی که انتقال انرژی الکتریکی باید در مسیرهای طولانی صورت گیرد، انتقال به صورت DC به علت کمتر بودن تلفات اقتصادی‌تر است. در این حالت کاهش تلفات و هزینه‌های مربوط به آن می‌تواند هزینه تبدیل انرژی الکتریکی از AC به DC را جبران کند. از دیگر مزایای استفاده از با ثبات کردن دو شبکه اتصال AC متفاوت است. در صورتی که دو شبکه AC متفاوت برای مثال متعلق به دو کشور متفاوت به هم اتصال پیدا می‌کنند به علت ناهماهنگی شبکه‌ها ممکن است این اتصال با مشکلاتی نظیر ایجاد بی‌ثباتی در شبکه همراه باشد اما با استفاده از سیستم اچ‌وی‌دی‌سی این مشکل بر طرف خواهد شد، بدین ترتیب که در کشور فروشنده انرژی، انرژی الکتریکی به صورت DC درآمده و پس از طی مسیر انتقال در کشور مصرف کننده دوباره به صورت AC بازمی‌گردد.

تصویر یک خط انتقال اچ‌وی‌دی‌سی در ایالات متحده. این خطوط به جای سه یا شش ردیف سیم برای انتقال از دو ردیف سیم استفاده می‌کنند

خطوط انتقال زمینی: اولین خطوط انتقال برق (که در نیروگاه پرل استریت نیویورک به کار گرفته شدند) خطوط زمینی بودند، اما کم کم جای خود را به خطوط هوایی دادند. راه اندازی خطوط زمینی انتقال برق به علت هزینه های فراوان حفاری و ایجاد کانال های زمینی و زیر زمینی بسیار گران تر از راه اندازی خطوط هوایی است و گرفتن انشعاب از این خطوط مستلزم وجود ایستگاه های توزیع، جعبه های انشعاب و تابلو های برق می باشد. نیز عیب یابی این خطوط به علت در دسترس نبودن احتیاج به وسائل مخصوص و گران قیمتی دارد که هزینه های آن را افزایش می دهد. در عوض در خطوط زمینی به ندرت اشکالی به وجود می آید و خاموشی آن به مراتب از خطوط هوایی کمتر است.

خطوط انتقال زمینی

این خطوط به زیبایی محیط آسیب نمی زنند و چون در دسترس نمی باشند دارای خطرات بسیار کمتری نسبت به خطوط هوایی خواهند بود و چون حریمی برای آن ها تعریف نمی شود در اماکن کم عرض و مسکونی بسیار مفید می باشند. از نظر علمی این خطوط دارای راکتانس سری پایین و مناسب برای چگالی های بار زیاد هستند.

نتیجه آن که خطوط انتقال هوایی به سبب هزینه ها، در نظر گرفتن راکتانس بالا، مناسب بودن با چگالی بار کم و آسیب به زیبایی محیط اطراف بایستی در مناطق کم جمعیت، دور افتاده و بین شهری و خطوط انتقال زمینی به سبب راکتانس پایین، مناسب بودن برای چگالی های بالای بار، زیبایی و دیگر مزیت های ذکر شده در مناطق پر ازدحام و شهری به کار گرفته شوند. به نظر می رسد در سال های آتی به علت ازدیاد و تراکم جمعیت، رشد خطوط انتقال زمینی بسیار بالاتر از رشد خطوط هوایی باشد

خطوط انتقال هوایی: خط انتقال هوایی نوعی از خط انتقال است که در آن از دکل‌ها و تیرها برای نگه داشتن کابل‌ها بالای سطح زمین استفاده می‌شود. از آن جایی که در این گونه خطوط از هوا به عنوان عایق کابل‌ها استفاده می‌شود این روش انتقال یکی از کم هزینه‌ترین و رایج‌ترین روش‌های انتقال است. دکل‌ها و تیرهایی که برای نگه داشتن کابل‌ها استفاده می‌شود می‌توانند از جنس چوب، فولاد، بتون، آلومینیوم و در برخی موارد پلاستیک مسلح باشند. به طور کلی کابل‌ها مورد استفاده در خطوط هوایی از جنس آلومینیوم هستند (که البته با نواری از فولاد در داخل مسلح شده‌اند). از کابل‌های مسی در برخی خطوط انتقال ولتاژ متوسط و ولتاژ پایین و محل اتصال به مصرف‌کننده استفاده می‌شود.

خطوط انتقال هوایی در سوئد

نیروگاه

نیروگاه که با نام « کارخانه برق » هم شناخته می‌شود، مجموعه‌ای از تأسیسات صنعتی است که از آن برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. وظیفه اصلی یک نیروگاه تبدیل انرژی از دیگر شکل‌های آن مانند انرژی شیمیایی، انرژی هسته‌ای، انرژی پتانسیل گرانشی و... به انرژی الکتریکی است. وظیفه اصلی در تقریباً همه نیروگاه‌ها بر عهده مولد یا ژنراتور است؛ ماشینی دوار که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. انرژی مورد نیاز برای چرخاندن یک ژنراتور از راه‌های مختلفی تأمین می‌شود و عموماً به میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی در آن منطقه و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد.

طبقه‌بندی نیروگاه‌ها براساس نوع مصرفی و عامل محرک به صورت زیر است:

۱- نیروگاه حرارتی

   ۱.۱. نیروگاه هسته‌ای

   ۱.۲. نیروگاه با سوخت زغال سنگ

   ۱.۳. نیروگاه با سوخت زغال نفت

   ۱.۴. نیروگاه با گاز طبیعی

۲- منابع انرژی تجدیدپذیر

   ۲.۱. نیروگاه برق‌آبی

   ۲.۲. نیروگاه خورشیدی

   ۲.۳. نیروگاه بادی

۳- انرژی دریایی

۴- زیست‌سوخت

۵- توان اسمزی

تولید انرژی الکتریکی

مقدمه:

تولید الکتریسیته فرایندی است که طی آن از یک منبع انرژی استفاده می شود تا انرژی الکتریکی تولید شود. اصول پایه برای تولید الکتریسیته توسط دانشمند انگلیسی مایکل فارادی در دهه ۱۸۲۰ تا اوایل دهه ۱۸۳۰ میلادی کشف شد. روش پایه او هنوز هم برای تولید الکتریسیته مورد استفاده قرار می گیرد: 

الکتریسیته با حرکت یک دور سیم یا یک استوانه مسی بین قطب های یک آهنربا (ژنراتور) تولید می شود. 

برای شرکت هایی که در زمینه الکتریسیته فعال هستند تولید الکتریسیته اولین مرحله در رساندن الکتریسیته به دست شما است و در مراحل بعدی انتقال و توزیع قرار دارند. الکتریسیته معمولاً در نیروگاه توسط ژنراتور ها تولید می شود. ژنراتور ها برای تولید الکتریسیته نیاز به یک محرک مکانیکی نیاز دارند این محرک می تواند یک توربین یا یک موتور دیزل باشد. 

ژنراتور های بزرگ به وسیله توربین ها دور می گیرند. بسته به نوع انرژی در دسترس توربینی متناسب با آن طراحی و ساخته می شود. تمرکز مولدهای الکتریکی از زمانی ممکن شد که با رشد علم امکان تغییر ولتاژ الکتریکی متناوب و در نتیجه افزایش آن در طول خطوط انتقال انرژی و کاهش آن در انتهای خطوط به وسیله ترانسفورماتورها فراهم شد

از سال ۱۸۸۱ تاکنون و برای بیش از ۱۲۰ سال انرژی الکتریکی به منظور تغذیه مصرف کننده‌های انسانی به وسیله منابع مختلف تأمین می‌شود. اولین مولدهای الکتریکی با انرژی آب و ذغال سنگ کار می‌کردند و امروزه بخش عظیمی از انرژی الکتریکی به وسیله ذغال سنگ، انرژی هسته‌ای، گاز طبیعی، هیدروالکتریک و نفت تولید می‌شود که البته در این میان منابعی مانند انرژی خورشیدی، انرژی جزر و مدی، انرژی بادی و انرژی زمین گرمایی نیز نقش کوچکی ایفا می‌کنند. 

روش‌های تولید انرژی الکتریکی عبارت است از: ۱- نیروگاه ها 

۲- توربین‌ها 

۳- موتورهای احتراق داخلی 

۴- باتری خورشیدی

۱- تولید انرژی الکتریکی از طریق نیروگاه ها

نیروگاه مجموعه‌ای از تأسیسات صنعتی است که برای تولید انرژی الکتریکی از آن استفاده می‌شود. نیروگاه‌ها بسته به نوع تکنولوژی به کار رفته در آن ها و منابع انرژی در دسترس متفاوت هستند.

وظیفه اصلی یک نیروگاه تبدیل انرژی از دیگر شکل‌های آن مانند انرژی شیمیایی، انرژی هسته‌ای، انرژی پتانسیل گرانشی و ... به انرژی الکتریکی است. وظیفه اصلی در تقریباً همه نیروگاه‌ها بر عهده مولد یا ژنراتور است، ماشین دواری که انرژی جسم سیال را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. انرژی مورد نیاز برای چرخاندن یک ژنراتور از راه‌های مختلفی تأمین می‌شود و غالباً به منظور ایجاد حداکثر راندمان و حداقل نمودن هزینه ها و هم چنبن میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی در آن منطقه و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد.

۱.۱- ژنراتور: 

ژنراتورها یا مولد ها در حقیقت ماشین های الکتریکی هستند که با گرداندن شفت آن ها البته با یک سری ملاحظات می توان برق تولید کرد. معمول ترین انواع ژنراتور ژنراتور های سنکرون هستند که در بیشتر انواع نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند. ژنراتور سنکرون ماشینی است که باید دور آن با توجه به تعداد قطب ها در محدوده ای معین ثابت نگه داشته شود. در این ژنراتور یک میدان گردان روی سیم پیچ های ژنراتور القا می شود که دور این میدان گردان با دور روتور باید یکسان باشد و روتور یک مغناطیس یا آهنربای کنترل شده است که به کمک این مغناطیس می توان ولتاژ ژنراتور را کنترل کرد. یکابل های خروجی ژنراتور را ترمینال ژنراتور می نامند در ترمینال ژنراتور باید ولتاژ و فرکانس کنترل شده داشته باشیم.

۱.۲- کنترل فرکانس: 

فرکانس ژنراتور ها در یک شبکه بزرگ به صورت هماهنگ و مشترک در همه نیروگاه ها کنترل می شود کنترل فرکانس ژنراتور به کمک سیستم کنترل دور توربین انجام می شود که پایداری این سیستم کنترل بسیار اهمیت دارد و یک سیستم کنترل دور توربینی که ژنراتور را به حرکت در می آورد بسیار پیچیده است. اما به صورت ساده اگر بخواهیم به آن اشاره کنیم باید بگویم بار الکتریکی ژنراتور برای توربین مانند ترمز عمل می کند به این ترتیب دور توربین در صورت افزایش بار کاهش می یابد و سیستم کنترل از طریق فرمان به توربین دور آن را کنترل می کند. مثلاً در یک نیروگاه بخار این فرمان به دریچه کنترل بخار اعمال می شود و دریچه به مقدار بیشتری باز می شود تا بتواند دور لازم را به توربین بدهد. دور ژنراتور ها در یک شبکه بر فرکانس تاثیر می گذارند و فرکانس یک شبکه استاندارد نباید از محدوده معینی تجاوز کند نکته دیگر اینکه در صورت عملکرد معیوب سیتم کنترل یا دریچه کنترل احتمال دور گرفتن بیش از حد توربین وجود دارد که بسیار خطرناک است البته برای چنین مشکلاتی حفاظت هایی وجود دارد ولی در مواردی مشکلاتی پیش آمده که هم خسارت جانی و هم خسارت مالی بالایی دارد.

۱.۳- سیستم تحریک ژنراتور: 

ولتاژ خروجی ژنراتور بسیار اهمیت دارد چون اگر ولتاژ از حدی فراتر رود به عایق های الکتریکی ژنراتور و تجهیزات نیروگاه صدمه وارد شده و خسارت سنگینی در بر خواهد داشت. به سیستمی که ولتاژ ژنراتور را کنترل می کند سیستم تحریک یا AVR می گویند سیستم تحریک هم یک سیستم کنترل پیشرفته است که وظیفه آن کنترل ولتاژ ژنراتور است.

نوع دیگری از ماشین های الکتریکی که به عنوان ژنراتور استفاده می شوند ماشین های الکتریکی آسنکرون یا القایی هستند. یک ماشین الکتریکی آسنکرون هم می تواند به صورت موتور استفاده شود و هم به صورت ژنراتور. این نوع ماشین در صنعت بیشتر به صورت موتور استفاده می شود چون موتوری محکم و با قابلیت های بالاست، نیاز به ذغال یا جاروبک ندارد، و تعمیرات آن ساده است. این ماشین معمولاً در نیروگاه های بادی به عنوان ژنراتور مورد استفاده قرار می گیرد. وقتی دور موتور آسنکرون از دور سنکرون آن بیشتر می شود شروع می کند به تولید الکتریسته و تبدیل به ژنراتور می شود. استفاده از این نوع ژنراتور در نیروگاه های بادی به علت محدودیت در کنترل سرعت باد است و حتی با همین نوع ژنراتور هم اگر سرعت باد از حدی بالاتر رود یا کمتر از مقدار مورد نیاز باشد ترمز های توربین به صورت خودکار آن را متوقف خواهند کرد.

۲- تولید انرژی الکتریکی از طریق توربین ها

امروزه توربین‌های متصل به ژنراتورهای الکتریکی بیشترین حجم انرژی الکتریکی را تولید می‌کنند. به کمک توربین ها انرژی سوخت یا بخار یا آب به ژنراتور منتقل می شود تا تبدیل به انرژی الکتریکی شود. توربین ها تجهیزاتی مکانیکی با دقت ساخت بالا هستند که با توجه به نوع نیروگاه و سیالی که آن را به چرخش در می آوردانواع مختلفی دارند که در ادامه در مورد آن بیشتر صحبت می کنیم.

۲.۱- بخار: 

توربین بخار که به وسیله بخار خشک یا بخار سوپر هیت به حرکت در می آید یکی از متداول ترین انواع توربین در دنیاست این توربین ها که معمولاً چند مرحله ای یا دو مرحله ای هستند (بسته به فشار بخار و توان توربین) عمر بالایی دارند و راندمان قابل قبولی هم دارند. ابتدا آب به وسیله حرارت تولید شده از روش های زیر:

۲.۱.۱- شکافت هسته‌ای که انرژی حاصل از واکنش هسته ای در یک راکتور هسته ای در نهایت بخار خشک تولید می کند و با استفاده از یک توربین بخار انرژی بخار خشک به ژنراتور منتقل می شود. بنابراین یک نیروگاه هسته ای در حقیقت یک نیروگاه بخار است که برای تأمین بخار از انرژی هسته ای استفاده شده است. از مزایای این نوع نیروگاه می توان به انرژی ارزان و طولانی مدت اشاره کرد از معایب آن این است که باید انرژی آن همیشه مصرف شود و برای نوسانات بار مناسب نیست و حتی نوسانات بار در شرایطی می تواند برای آن خطرناک باشد هم چنین در صورت بروز حادثه مانند آن چه در نیروگاه چرنوبیل یا نیروگاه های اتمی ژاپن رخ داد یک فاجعه انسانی رخ خواهد داد. اما با این حال هنوز بسیاری از کشور های پیشرفته از جمله آمریکا درصد بالای از انرژی مورد نیاز خود را از انرژی هسته ای تأمین می کنند.

۲.۱.۲- از سوختن سوخت‌هایی هم چون زغال سنگ، گاز طبیعی و یا نفت آب به جوش می‌آید و سپس از این بخار برای به حرکت درآوردن پره‌های توربین استفاده می‌شود. در بعضی از نیروگاه‌های جدید از انرژی خورشیدی برای تأمین انرژی استفاده می‌شود.

۲.۱.۳- انرژی زمین گرمایی این روش تولید انرژی در مکان هایی خاص مانند نزدیک آتش فشان های نیمه فعال قابل ساخت است در این روش معمولاً با استفاده از آب گرمی که با فشار از داخل زمین فوران می کند توربینی خاص را به حرکت در می آورند یا با استفاده از این حرارت مایعی که در دمای پایینی می جوشد را گرم می کنند و انرژی آن را به توربین می دهند.نیز اشاره کرد.

۲.۱.۴- پانل های فتو ولتاییک و خورشید گرمایی در این روش نور خورشید مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. اگر چه سلول های فتو ولتاییک هنوز برای استفاده در مقیاس وسیع گران هستند اما راندمان سلول های خورشیدی از ۳۰ درصد در گذشته ای نه چندان دور به ۴۰ درصد رسیده است. از پانل های خورشیدی فتو ولتاییک بیشتر در مناطق دور افتاده و کم جمعیت که هزینه انتقال انرژی و نصب تجهیزات توجیه ندارد مورد استفاده قرار می گیرد. اما در کشور های با فناوری پیشرفته مانند ژاپن، آلمان، ایالات متحده و.. به علت مسائل زیست محیطی و افزایش راندمان نسل جدید این سلول ها ظرفیت نصب با سرعت بالایی در حال افزایش است. در روش خورشید گرمایی با استفاده از نور آفتاب و تمرکز انرژی خورشید به روش های مختلف دمای آب را بالا می برند و در نهایت اختلاف دمای ایجاد شده بین آب گرم و سرد باعث جریان آب می شود که این حرکت سبب می شود توربینی که در مسیرش قرار دارد را به حرکت وا دارد و به این ترتیب الکتریسیته تولید می شود. یا آنقدر دمای آب را بالا می برند تا بخار تشکیل شود و با انرژی بخار توربین را به گردش در می آورند. برای تمرکز انرژی گرمایی خورشید از آینه های شلجمی استفاده می شود یا اینکه با استفاده از محفظه ای شیشه ای دمای اب را بالا می برند مانند همان پدیده ای که هنگام بسته بودن در های خودرو در تابستان در داخل خودرو اتفاق می افتد و دمای داخل خودرو بسیار بیشتر از دمای محیط می شود فقط به این دلیل که بازتابش از داخل محفظه نمی تواند از محفظه عبور کند و دوبار بازتابیده می شود.

نکته بحرانی در مورد توربین های بخار دما و فشار بخار است بخار ورودی به توربین باید آن قدر داغ باشد که بخار کاملاً خشک داشته باشیم تا در خروجی توربین که دما افت می کند قطرات آب تشکیل نشود در صورتی که قطرات آب در توربین تشکیل شود یک فاجعه رخ خواهد داد چون قطرات آب تشکیل شده در آن دما و فشار بالا به راحتی به پره های گرانقیمت توربین صدمه می زنند. از مزایای توربین بخار عمر مناسب و راندمان نسبتاً بالای آن است و از معایب آن می توان به مصرف زیاد منابع آبی و هزینه بالای مورد نیاز برای سرمایه گذاری اولیه اشاره کرد و هم چنین برای استارت این نیروگاه به زمان و فعالیت زیادی نیاز است و مشکلات خاص خود را دارد. هم چنین بهره برداری از نیروگاه بخار پیچیدگی های خاص خود را دارد.

۲.۲- آب: 

در این حالت پره‌های توربین به وسیله آب به حرکت در می‌آیند. این انرژی می‌تواند از حرکت آب پشت یک سد و یا حرکت آب یه وسیله نیروی جزر و مد تأمین گردد. توربین های آبی در مناطق پر آب نقش بزرگی در تولید انرژی ایفا می کنند این توربین ها انرژی آب ذخیره شده در ارتفاع بالا را به انرژی گردشی برای ژنراتور های خود تبدیل می کنند. معمولاً دور این نوع توربین ها پایین است در حالی که توربین های بخار و گاز دارای دور ۳۰۰۰ دور بر دقیقه و بالاتر هستند این نوع توربین دور پایینی دارد و از آن جا که دور ژنراتور به فرکانس برق تولیدی ارتباط دارد تعداد قطب های توربو ژنراتور های آبی بیشتر است تا در دور کم همان فرکانس ۴۰ هرتز را تحویل دهند. از مزایای این نوع نیروگاه می توان به تولید برق بدون نیاز به سوخت های فسیلی، کمک به کاهش آلودگی هوا، توانایی ذخیره سازی انرژی با استفاده از سیستم تلمبه ای ذخیره (پمپاژ آب با استفاده از برق مازاد در ساعات کم باری به ارتفاع بالا و استفاده از آب پمپ شده در ارتفاع برای حرکت توربین در ساعات اوج) و قابلیت بالای کنترل بار اشاره کرد. ولی از مشکلات آن می توان به هزینه بالای اولیه برای ساخت نیروگاه اشاره کرد همذچنین فعالین محیط زیست در باره مشکلاتی که این نوع نیروگاه ها برای ماهی ها ایجاد می کنند اعتراض دارند که امروزه توربین هایی ساخته شده که برای ماهی ها مشکلات کمتری ایجاد می کنند.

۲.۳- باد: 

توربین های بادی هم از دیگر انواع توربین هستند که از طبیعت برای تولید انرژی الکتریکی کمک می گیرند اما در بعضی توربین‌ها فشار باد به صورت مصنوعی از طریق انرژی نور خورشید و یا سوختن سوخت‌ها به وجود می‌آید. توربین ها بادی باید در مناطقی نصب شوند که سرعت باد مناسب باشد و این وزش در طول سال آن قدر ادامه داشته باشد که نصب این نوع نیروگاه ها صرفه اقتصادی داشته باشد. حتی سرعت خیلی بالای باد هم برای این نوع توربین مناسب نیست. تا کنون تمام انواع توربین هایی که درباره آن صحبت شد دارای ژنراتور سنکرون بودند ولی توربین بادی نیاز به ژنراتور آسنکرون دارد. نوع جدیدی از توربین های بادی هم با نام برج های خورشیدی پا به عرصه تولید انرژی الکتریکی گذاشته اند که باد به صورت مصنوعی در آن ها جریان می افتد. با استفاده از انرژی خورشید هوای داخل برج گرم می شود هوای گرم تمایل دارد به سمت بالا حرکت کند سپس با مکشی که به وسیله برج ایجاد می شود همانند آن چه در دودکش ها اتفاق می افتد هوای گرم به سمت بالا حرکت می کند و سرعت می گیرد. حرکت هوای گرم سبب چرخش توربینی می شود که ژنراتور را دور می دهد. منبع این انرژی را هم خورشید می دانند و یکی از نیروگاه های خورشیدی گرمایی به حساب می آید.

۲.۴- گازهای داغ: 

توربین گازی در حقیقت مانند یک موتور جت هواپیماست و خود از یک کمپرسور، محفظه احتراق و توربین تشکیل شده است. این توربین با استفاده از انرژی بالای گاز داغ حاصل از انفجار در محفظه احتراق به گردش در می آید. به همین دلیل به آن توربین گازی می گویند. سوخت این نوع توربین گازوییل و گاز طبیعی است که البته گاز طبیعی سوخت بهتری برای آن محسوب می شود و راندمان بیشتر داشته و هزینه و مشکلات بهره برداری کمتری دارد. ولی این توربین ها معمولاً دو سوخته هستند چون در شرایطی که ممکن است گاز طبیعی در دسترس نباشد در فرایند تولید الکتریسیته خللی ایجاد نشود. بنابراین گازوییل سوخت دوم محسوب می شود از مزایای این نیروگاه می توان به زمان نسبتاً کم برای ساخت تا بهره برداری، آمادگی بالا برای استارت و استارت مجدد، قابلیت جمع آوری و جابجایی از یک منطقه به منطقه دیگر هزینه اولیه پایین برای سرمایه گذاری و زودبازده تر بودن نسبت به سایر نیروگاه ها اشاره کرد. از معایب این نیروگاه می توان به راندمان پایین و هزینه بالای بهره برداری اشاره کرد.

به همین دلیل و به منظور افزایش راندمان این نوع نیروگاه از توربین‌های گازی مرکب که انرژی خود را به طور هم‌زمان از آب و فشار گاز می‌گیرنداستفاده می گردد در این نیروگاه‌ها انرژی مورد نیاز به وسیله سوختن گاز طبیعی و از طریق گازهای داغ در یک توربین گازی تأمین می‌گردد و از مازاد انرژی برای گرم کردن آب و تبدیل بیشتر انرژی استفاده می‌شود. راندمان این نیروگاه‌ها معمولاً بالاتر از ۶۰٪ است.

لازم به ذکر است روش های تولید انرژی اشاره شده در بالا مرسوم ترین و پر کاربرد ترین روش ها می باشد ولی در حال حاضر روش های دیگری نیز جهت تولید انرژه الکتریکی در جهان استفاده می گردد که مختصراً به آن اشاره می شود:

۲.۵- تولید الکتریسیته به کمک علم الکترونیک: 

روش های دیگری هم برای تولید انرژی الکتریسته وجود دارند که به کمک علم الکترونیک انرژی الکتریکی تولید می کنند و کمتر به تجهیزات مکانیکی نیاز دارند و بیشتر در مقیاس کوچک و برای وسایل الکترونیکی و وسایل قابل حمل مورد استفاده قرار می گیرند. که از آنجمله می توان به قطعات ترمو الکتریک، ترمو یونیک و تومو ولتاییک که با گرما تولید الکتریسیته می کنند اشاره کرد. معمولاً از سلول های ترمو الکت ریک در دما های پایین تر استفاده می شود. هم چنین سلول های پیزوالکتریک که در نتیجه بار یا فشار مکانیکی تولید الکتریسیته می کنند. مثلاً اخیرا با نصب این سلول ها در پیادرو ها توانسته اند از قدم زدن افراد الکتریسته تولید کنند. و نوع دیگر از قطعات الکترونیکی بتاولتاییک ها هستند که با تابش رادیو اکتیو تولید الکتریسیته می کنند. روش دیگری که موسوم به نیروگاه MHD است و در دست مطالعه قرار دارد روش تولید انرژی الکتریکی از راکتور های هسته ای است که بر اساس دینامیک مایع کار می کند. و نوع دیگر روش تولید انرژی روش اسموتیک است که و در جایی امکان پذیر است که آب شور و شیرین با یکدیگر ترکیب می شوند. (دلتا ها از این محل ها هستند.)

۲.۶- تولید الکتریسیته الکتروشیمیایی: 

روش های تولید الکتریسته الکتروشیمیایی هم وجود دارند که اهمیت ویژه ای برای کاربرد های قابل حمل نقل دارند. انرژی الکتریکی می تواند به وسیله سلول های بسته تولید می شوند که مانند باتری ها کار می کنند. این روش بیشتر برای ذخیره انرژی مورد استفاده قرار می گیرد تا تولید انرژی الکتریکی. اما سلول های باز الکتروشیمیایی که با نام پیل سوختی یا سلول سوختی شناخته می شوند بیشتر برای تولید انرژی مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه تحقیقات زیادی روی توسعه پیل های سوختی انجام شده است که سبب پیشرفته تر شدن و کاراتر شدن آن ها شده است. پیل های سوختی می توانند الکتریسیته را هم از سوخت طبیعی و هم از سوخت های ترکیبی فراهم کنند و همین طور می توان از آن ها برای تولید الکتریسیته و هم برای ذخیره الکتریسیته استفاده کرد.

۲.۷- روش اقیانوس گرمایی: 

در این روش با استفاده از تفاوت دمای کم بین آب در اعماق اقیانوس و آب گرم تر سطح اقیانوس یک مسیر از آب به وجود می آورند که این آب هنگام حرکت یک توربین را می چرخاند و تولید الکتریسیته می کند.

3. تولید انرژی الکتریکی از طریق موتورهای احتراق داخلی

برای تولید انرژی الکتریکی در مقادیر یا مقیاس‌های پایین معمولاً از موتورهای الکتریکی که به وسیله سوخت دیزل، بیوگاز و یا گاز طبیعی به حرکت در می‌آیند استفاده می‌شود. از موتورهای دیزل معمولاً برای سیستم‌های پشتیبانی و یا برق اضطراری در ولتاژهای پایین استفاده می‌شود. اما بیوگاز معمولاً در محل تولید یعنی در مکان‌هایی مانند محل‌های دفع زباله یا فاضلاب سوزانده می‌شود و به وسیله یک موتور متناوب و یا میکروتوربین به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.

4. تولید انرژی الکتریکی از طریق باتری خورشیدی

برعکس صفحات متمرکز کننده نور خورشید برای ایجاد حرارت، باتری‌های خورشیدی نور خورشید را به طور مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. با این که استفاده از نور خورشید رایگان است و نور خورشید در بسیاری از مناطق به راحتی قابل دسترسی است اما قیمت تمام شده برق تولیدی از این روش در مقایسه با تولید با روش‌های تولید انرژی الکتریکی در سطح کلان (نیروگاه‌ها) گران تر تمام می‌شود. هم چنین راندمان پایین سلول‌های خورشیدی سیلیکونی (نزدیک به ۳۰٪) استفاده از آن ها را با مشکل روبه‌رو کرده‌است. امروزه از باتری‌های خورشیدی معمولاً در مناطق دورافتاده‌ای که امکان دسترسی به شبکه برق وجود ندارد و یا به عنوان منبع الکتریکی تکمیلی در واحدهای مسکونی یا تجاری استفاده می‌شود. پیشرفت‌های اخیر در زمینه ساخت باتری‌های خورشیدی و همچنین یارانه‌های در نظر گرفته شده به وسیله انجمن‌های محیط زیست باعث شده تا روند پیشرفت و استفاده از این منابع روزبه‌روز رشد کند.