یکی از پارامترهای مهم در یک سیستم قدرت تلفات سیستم است که میزان بهینه بودن و راندمان و هزینه های طولانی مدت بهره برداری از سیستم را تعیین می نماید.اما در تعریف تلفات از دیدگاههای مختلف جملات مختلفی به کار برده شده است:یک دیدگاه در ارائه این تعریف دیدگاه شرکتهای برق میباشد که در بیان این گروه تلفات به تفاضل انرژی ورودی به انرژی مصرفی اطلاق می شود.در هر دو تعریف فوق تلفات شامل تلفـات فنی و غیر فنی میباشد که تلفات فنی مربوط به ساختار ذاتی و نوع طراحی و اجرای سیستم قدرت میباشد و تلفات غیر فنی شامل تلفاتی است که در تجهیزات اندازه گیری و حفاظتی یک سیستم قدرت ایجاد می شود.

در یک دیدگاه عمومی تر تلفات عبارتست از آن بخش از توان الکتریکی که به کار مفید تبدیل نشود.

اما از دیدگاه ملی تلفات انرژی الکتریکی شامل تمامی اتلافهای انرژی الکتریکی در تمامی مراحل سیستم قدرت شامل بخشهای تولید، انتقال و توزیع میباشد و در این تعریف نه تنها تلفات فنی و غیر فنی بلکه تمامی الگوههای غلط مصرفی از سوی مصرف کنندگان نیز شامل تلفات انرژی الکتریکی محسوب می شود.

تلفات در یک سیستم قدرت از مجموع تلفات در هر سه قسمت تولید،انتقال و توزیع انرژی الکتریکی حاصل می شود اما معمولا شرکتهای برق تلفات در بخش تولید را برای طراحیها و بهینه سازی سیستم در نظر نمی گیرند به همین دلیل در این گزیده هم برای بخش تولید به مختصر اشاره ای اکتفا می شود.

در نیروگاهها تلفات بر اساس ساختار و نوع  نیروگاه  دسته بندی می شوند.در نیروگاه های فسیلی که بخش عمده و اصلی تلفات را در نیروگاههای ما تشکیل میدهند بیشترین بخش تلفات مربوط به نیروگاههای گازی است که علاوه بر اینکه در این نیروگاهها  چیزی حدود 80% انرژی ورودی به صورت تلفات گرمایی در فضای نیروگاه منتشر می شود. علاوه برآن ساختار این نیروگاهها به گونه ایست که فقط برای مدتی کوتاه و موقت و جهت تامین بار در ساعات پیک مصرف در مدار قرار میگیرند و در صورت کاربرد آن در مدت زمان طولانی هزینه های مربوط به آسیب تجهیزات نیز به تلفات نیروگاه اضافه می شود.البته این مشکلات در نیروگاههای بخار و به خصوص سیکل ترکیبی تا حدودی بهبود پیدا نموده است که همین امر باعث گرایش بیشتر سیاستگذاران صنعت برق کشور به احداث نیروگاههای سیکل ترکیبی شده است.

در بخش انتقال یک سیستم قدرت عمده ترین تلفات شامل موارد زیر میباشند:

1. تلفات اهمی خطوط انتقال و فوق توزیع
2. تلفات ناشی از پدیده کرونا در خطوط و پستها
3. تلفات ناشی از نشتی جریان
4. تلفات مربوط به ترانسفورمرهای قدرت در پستها
5. تلفات ناشی از فرسودگی تجهیزات خطوط و پستها
6. تلفات ناشی از پخش بار نامناسب
7. تلفات ناشی از عبور توان راکتیو از خط انتقال
8. تلفات مربوط به تجهیزات پستها به خصوص راکتورها و تا حدودی کاپاسیتورها

در حوزه توزیع سیتم قدرت نیز عمده ترین تلفات شامل موارد زیر می باشند:

1. تلفات ناشی از ترانسفورمرهای توزیع
2. تلفات ناشی از نامتعادلی بار
3. تلفات مربوط به شبکه های توزیع آلوده به هارمونیکهای جریان
4. تلفات اهمی خط
5. تلفات ناشی از اتصال زمین نامناسب
6. تلفات ناشی از پایین بودن ضریب قدرت شبکه

در اینجا در ابتدا به بررسی مهمترین عوامل تلفات در حوزه انتقال انرژی الکتریکی می پردازیم:

در خطوط انتقال بیشترین قسمت از تلفات الکتریکی ، مربوط به تلفات اهمی خط است.هرچند در طراحی سیستم انتقال قدرت با ایده افزایش سطح ولتاژ انتقال،میزان تلف توان اهمی خط را به میزان قابل توجهی کاهش میدهند ولی ملاحظات اقتصادی و همچنین افزایش تلفات در ابعاد دیگر باعث محدودیت افزایش سطح ولتاژ از یک میزان معین میشود.یک راهکار دیگر جهت کاهش تلفات اهمی خط افزایش مقطع هادی است که این امر نیز دارای محدودیت های اقتصادی و طراحی است.

تلفات ناشی از پدیده کرونا نیز بخش از تلفات را در یک سیستم قدرت را شامل می شود که عمدتا در شبکه های انتقال با سطح ولتاژ بیش از 230 کیلو ولت بسته به میزان رطوبت هوا و اوضاع جوی میزان آن قابل چشم پوشی نخواهد بود راهکار کاهش تلفات کرونا باندل نمودن خط است که علیرغم اینکه بار هزینه ای در اجرا دارد باعث کاهش شدید کرونا و همچنین افزایش ظرفیت و پایداری خط به دلیل کاهش راکتانس خط و افزایش سوسپیتانس خط می شود. میزان تلفات مجاز کرونا در یک خط 230 کیلو ولت و در هوای خوب 6/. کیلو وات به ازای هر کیلومتر و در یک خط 400 کیلو ولت 1 کیلو وات به ازای هر کیلومتر است که البته در هوای برفی و یخبندان این میزان ممکن است تا 10 برابر میزان ذکر شده افزایش یابد.

پدیده موسوم به نشتی جریان که عمدتا شامل جریانهای خزشی سطح مقره ها و تلفات عایقی یا دی الکتریکی ایزولاتورها می باشند بخش دیگری از تلفات شبکه انتقال را رقم میزنند.مهمترین عامل در بروز این پدیده نشست املاح آلوده و نمکی بر سطح مقره ها میباشد که با توجه به میزان رطوبت هوا این باعث افزایش رسانش مقره می شود که ممکن است علاوه بر نشت جریان موجب ایجاد قوس در سطح زنجیره مقره و در نتیجه ترکیدگی(پنچری) مقره و در نهایت اتصال کوتاه  و trip خط شود.این موضوع به خصوص در مناطق نوار جنوبی کشور به خاطر وجود املاح زیاد در هوا و همچنین شرجی بودن منطقه مشکلات بیشتری را به همراه دارد البته مناطق شمالی نیز دارای هوای شرجی هستند اما به خاط تمیز بودن هوا از املاح صنعتی و نمکی و به خاطر حرارت موجود در زنجیر مقره مشکل چندانی ایجاد نمی شود.راهکاری که برای حذف و یا کاهش تلفات به شکل مذکور اندیشیده می شود اغلب مربوط به هنگام طراحی مقره است که با زیاد نمودن طول مسیر جریان و طراحی فیزیکی مقره به صورت شیارهای عمیق بین دو برجستگی چتر مانند، این مشکل به خاطر عدم نفوذ آسان رطوبت و آب با شیارهای درونی تا حدودی بهبود میابد اما این شیارها در مناطق آلوده استعداد پذیرش آلودگی بیشتری را داراست.یک راه دیگر برای حل این موضوع شستشوی دوره ای مقره ها در دوره های تعمیر و نگهداری زمان بهره برداری از سیستم است که یا با اعمال خاموشی در سیستم و توسط نیروی انسانی صورت میگیرد یا بدون خاموشی و توسط رباتهای مخصوص این کار،انجام می پذیرد.

میزان اتلاف توان ناشی از نشت جریان در مقره های خطوط انتقال وابسته به سطح ولتاژ انتقال،رطوبت و اوضاع جوی محیط و نوع آرایش زنجیر مقره(کششی ، آویزی، v ،دوبل یا تکی) است.

تلفات ناشی از ترانسفورمرهای قدرت در پستهای انتقال و فوق توزیع بعد از تلفات اهمی خط بیشترین قسمت از تلفات کل سیستم قدرت را شامل می شود.این تلفات معمولا به صورت درصدی از ظرفیت نامی ترانسفورماتور بیان می شود و همانگونه که در درس ماشینهای الکتریکی بارها به آن پرداخته اید شامل دو قسمت تلفات ثابت یا بی باری و تلفات متغیر یا بارداری می باشد.

تلفات بی باری بخشی از تلفات ذاتی و ثابت ترانسفورماتور است که میزان آن به تکنولوژی و مواد به کار رفته در هسته آهنی ترانسفورمر است و با بهبود کیفیت ورقهای فولاد سلیکونی به کار رفته در هسته طبق یک برآورد صورت گرفته میتوان تا حدود3682/224 میلیون کیلووات ساعت انرژی در سال صرفه جویی نمود.

اما تلفات بارداری ترانسفورمر قدرت ناشی از میزان بار مصرفی ترانسفورماتور است و شامل تلفات مسی(اهمی) سیم پیچهای ترانس، تلفات فن ها،پمپ ها، تلفات ناشی از جریان فوکو در سیم پیچها و تلفات ناشی از فلوی سرگردان ایجاد شده در بخشهای فلزی مانند تانک است.تلفات ترانسفورمرهای قدرت معمولا در حدود 5/2% ظرفیت نامی ترانس بیان می شود و جز بهینه سازی در طراحی و ساخت ترانس راهی دیگر جهت کاهش این تلفات به کار نمیرود و آن را جزئی بدیهی و لاینفک در نظر میگیرند البته ایجاد نقص در سیستم تهویه ترانسفورمر می تواندافزایش تلفات ترانس را از این میزان قابل قبول به همراه داشته باشد که جهت این امر باید صحت ادوات مختلف تهویه ای ترانس را به صورت دوره ای بررسی نمود.

فرسودگی تجهیزات یکی از عوامل مهم تلفات در کشور ما میباشد. معمولا گذشت زمان خاصیت رسانایی هادی های مسی را کاهش داده و منجر به افزایش مقاومت وصل کلیدهای قدرت(breaker) می گردد. تلفات آهنی هسته ترانسفورماتورها،  ctها و  cvtها با افزایش عمر روندی صعودی در پیش میگیرند و همچنین تلفات عایقی تمامی تجهیزات به دلیل ضعف عایقی ناشی از طول عمر، بشدت بالا می رود. برای کاهش تلفات به این شکل انجام خدمات مربوط به تعمیر و نگهداری تجهیزات و تستهای دوره ای منظم pm جهت کنترل فرسودگی قطعات عمدتا گران قیمتی که در صنعت برق به کار میروند بسیار ضروری و الزام آور می باشد

تجهیزات به کار رفته در پستهای فشار قوی نیز بخشی از تلفات لاینفک یک سیستم قدرت را شامل می شوند که عمده ترین این تجهیزات راکتورها هستند که چیزی در حدود 20 تا 30 درصد توان نامی خود را به شکل گرما هدر میدهند هرچند تعداد راکتورهایی که در شبکه انتقال به کار میرود در مقایسه با ترانسفورماتورها بسیار کمتر و قابل چشم پوشی است ولی میزان اتلاف توان نیز در آنها مقدار کمی نیست.بخش دیگر تلفات در تجهیزات پستها مربوط به کاپاسیتورها و سایر ادوات مانند ct ها و cvt ها است که میزان آن قابل چشم پوشی است.

از بخش انتقال در یک سیستم قدرت بگذریم وارد بخش توزیع خواهیم شد.جالب اینجاست که در بخش توزیع علیرغم کاهش تجهیزات و ادوات به کار رفته در مقایسه با بخش انتقال و با در نظر گرفتن نسبتهای مساوی از نظر طول مسیر و … تلفات در بخش توزیع به مراتب بیشتر از تلفات در بخش انتقال است که دلیل این امر تعدد ترانسفورمرها در شبکه های توزیع است.

در بخش توزیع انرژی الکتریکی عمده ترین هدر دهنده انرژی ترانسفورماتورهای توزیع هستند که معمولا تلفات توان در شرایط استاندارد 5/2% ظرفیت اسمی ترانسفورماتور است.

نامتعادلی بار با افزایش تلفات اهمی در فازها و افزایش تلفات اهمی در نول نیز باعث افزایش تلفات اهمی می شود که تنها راهکار این مقوله دقت در انشعاب گیری از فازها جهت مصرف کنندگان با توجه به میزان مصرف عمومی آنهاست.

 سیستم زمین نامناسب و یا فرسوده  نیز یک دلیل دیگر افزایش تلفات در سیستم توزیع است،وجود این مشکل باعث می شود مقاومت الکتریکی زیاد گشته و این مساله در سیستم های نامتعادل منجر به عدم تعادل ولتاژ و تلفات انرژی ناشی از آن شود. تلفات ذاتی ترانسفورماتورها ، تجهیزات اندازه گیری و …

همانطور که می دانیم ، سیستم توزیع بعنوان جبهه سیستم قدرت بطور جدی از بارهای خود تاثیر می پذیرد .

بسیاری از بارهای جدید سیستم قدرت دارای ماهیت غیر خطی می باشند . این بارها که بدلیل پیشرفت صنعتی و مزایای خود هر روزه در حال افزایش می باشند ، عمدتا از تجهیزات الکترونیک قدرت استفاده می کنند که جریان غیر سینوسی از شبکه اخذ می نمایند . موارد عمده این تجهیزات عبارتند از لامپهای کم مصرف ، UPS ها ، کامپیوتر ها ، ASDها ، درایوها ، تجهیزات سوئیچینگ و…

از طرف دیگر بارهای الکتریکی دارای هسته آهن اشباع پذیر ، نظیر ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی ، در صورت اضافه بار شدن ، با ورود به ناحیه غیر خطی منحنی مغناطیسی خود جریان مغناطیس کنندگی غیر خطی از شبکه اخذ می کنند که ایجاد هارمونیک ( بویژه هارمونیک های مضارب 3 ) از مضرات آن است. وجود جریانهای آلوده به این هارمونیکها علاوه بر اینکه باعث اختلال در ابزار مهندسی پزشکی و صدمه به خازنهای اصلاح ضریب توان در کارخانجات صنعتی و…میشود بدلیل وجود مولفه هایی مزاحم از جریان باعث افزایش تلفات اهمی نیز میشود تاجاییکه گاهی ممکن است دامنه مولفه سوم جریان تا حدود بیش از 20% دامنه اصلی جریان برسد.تنها راه حذف این مولفه های مزاحم اجبار نمودن تولیدکنندگان این هارمونیکها به حذف هارمونیکهای تولیدی خود با استفاده از فیلترهای مخصوص (عمدتا پایین گذر) در مصرف کنندگان بزرگ و کارخانجات صنعتی است که البته علیرغم قیمت بالای این فیلترها خود اینگونه مصرف کنندگان جهت کاهش هزینه برق مصرفی خود به کاربرد این فیلترها تمایل دارند.

پایین بودن ضریب قدرت بدلیل همراه ساختن و افزایش مولفه سلفی جریان در خط که عملا فقط یک افزایش دامنه بیهوده جریان است وعلاوه بر کاهش دامنه ولتاژ مصرف کنندگان  کار مفیدی را نیز صورت نمیدهد یک دلیل دیگر تلفات در شبکه توزیع است که چاره همیشگی آن کاربرد خازنهای اصلاح ضریب توان بوده و هست.البته خود این خازنها چیزی در حدود 0.1% تا 0.2% توان نامی خود را به خاطر نشت دی الکتریکی مصرف می کنند و معمولا هزینه استفاده از این خازنها را نیز به عنوان تلفات راکتیو خط در نظر می گیرند.

عوامل خارجی موثر بر میزان تلفات الکتریکی در یک سیستم قدرت:

1. درجه حرارت محیط: افزایش دما معمولا ذاتا باعث افزایش میزان جریان درخواستی از منبع میشود
2. توان دریافتی از تابش خورشید: توان دریافتی از خورشید باعث گرمتر شدن قطعات و قسمتهای فلزی تجهیزات میگردد که نتیجه آن افزایش جریان ورودی به تجهیزات و فزونی یافتن تلفات در سیستم است تا جاییکه مجموعه عوامل ناشی از درجه حرارت و تابش خورشید و اضافه بار (در محدوده مجاز) میتواند بسته به شرایط تا 6/1 برابر، جریان ورودی را افزایش دهد.
3. فرکانس: افزایش فرکانس به دلیل اثر پوستی افزایش مقاومت الکتریکی تجهیزات را رقم میزند که در نتیجه باعث افزایش توان هدر رفته می شود.
4. تغییرات ضریب قدرت: ضریب قدرت سلفی پایین علاوه بر افت ولتاژ با همراه ساختن مولفه راکتیو جریان افزایش تلفات را در پی دارد از سوی دیگر ضریب قدرت خازنی نیز خود افزایش ولتاژ و آسیب به تجهیزات و افزایش جریان و تلفات را در پی دارد که در نتیجه باید همواره ضریب قدرت در محدوده سلفی و  کمی کمتر از یک نگاه داشت.
5. دامنه ولتاژ: افزایش دامنه ولتاژ انتقال در یک سیستم قدرت افزایش تلفات کرونا و تلفات ناشی از نشتی جریان را به دنبال دارد.
6. میزان رطوبت: افزایش رطوبت هوا افزایش شدید تلفات کرونا را باعث می شود تا جاییکه در هوای برفی و یخبندان تلفات کرونا تا 10 برابر هوای مناسب و معمولی افزایش میابد علاوه بر آن رطوبت در صورت همراه بودن هوا با املاح صنعتی و نمکی باعث افزایش نشتی جریان نیز می شود.
7. میزان آلودگی هوا: وجود آلودگی در هوا باعث افزایش نشتی جریان از سطح مقره ها می گردد.