مقدمه 

شینه بندی – تمام فیدرهای ورودی یا خروجی تجهیزات مختلف از قبیل ژنراتورها ، ترانسفورماتورها ، خطوط انتقال ، کابل ها و … ( که در یک سطح ولتاژ قرار گرفته باشند ) توسط وسیله ای بنام شین به یکدیگر متصل میشوند. به عبارت دیگر از نظر مداری ، شین را میتوان به عنوان یک گره در نظر گرفت که تمام انشعابات ، به آن ختم شده و یا از آن آغاز میگردد. جنس این شین ها از شمش یا لوله های مسی ، آلومینیومی یا سیم های آلومینیومی مستحکم شده با فولاد ( ACSR ) میباشد.

اولین مرحله در طراحی پست های فشار قوی ، انتخاب روش اتصال مناسب فیدرهای ورودی و خروجی به همدیگر و به شینه ها و همچنین تعیین تعداد کلیدها و موقعیت آنان از نظر نصب در خطوط یا در شین ها میباشد. نحوه ارتباط الکتریکی فیدرهای مختلف به همدیگر یا به شین ها را ترتیب شینه بندی میگویند. در پست های فشار قوی ، ساختار شینه بندی بسیار متنوع میباشد که انتخاب هر یک از این ساختارها ، با توجه به مزایا و معایب هر نوع شینه بندی و با در نظر گرفتن اصول کلی زیر صورت میگیرد :

• سطح ولتاژ فیدرهای ورودی و خروجی و ظرفیت انتقال انرژی الکتریکی در پست.
• قابلیت اطمینان مورد نیاز در تأمین انرژی مصرف کنندگان.
• میزان قابلیت انعطاف پذیری شینه بندی در تعمیر تجهیزات و یا توسعه پست.
• موقعیت پست در سیستم قدرت.
• وضعیت فیدرهای تغذیه کننده و نحوه ارتباط آنها با پست های مجاور و نحوه شینه بندی پست های مذکور.
• تعداد و نحوه ارتباط فیدرهای تغذیه شونده با پست های مربوطه و وضعیت شبکه تغذیه شونده.
• وضعیت پست از نظر توسعه آینده شبکه. Switching
• محدودیت های موجود از نظر کمبود زمین پست و …
• هزینه پست و پارامترهای اقتصادی آن.

انواع شینه بندی:

1. سیستم بدون باسبار Without Busbor
2. سیستم تک شینه Busbar Single
3. شینه بندی اصلی و انتقالی Main & Transfer Busbar
4. شینه بندی دوبل( دو شین اصلی ) Duplicate Busbar
5. شینه بندی دوبل با دیسکانکت موازی Duplicate Busbar with By pass Disconec
6. شینه بندی یک و نیم بریکری One & halfe Breaker System
7. شینه بندی دو بریکری Double Breaker System
8. شینه بندی حلقوی Ring Busbar System
9. شینه بندی ترکیبی Combined System
10. سیستم های شینه بندی با بیش از دو شین

1– سیستم بدون باسباریا شینه بندی: without Busbar

این طرح اصولا بندرت و تنها در پست های کم اهمیت و یا موقتی استفاده می شود یا برای تغذیه ترانسفورماتورهای با توان کم مورد استفاده قرار میگیرد. و دارای معایب زیر است:

• برای انجام تعمیرات روی هر یک از تجهیزات کل پست بی برق می شود.
• با بروز هر اتصال کوتاهی در روی خط و یا هر قسمت از مدارات داخل پست کل پست بدون برق خواهد شد.
• ضریب اطمینان بسیار کمی دارد.
• برای تغذیه های کوتاه مدت بکار می رود.
• امکان مانور روی تغذیه کننده ها وجود ندارد.
• تنها مزیت سیستم بدون باسبار حفاظت ساده و ارزان قیمت آن است.

2- سیستم تک شینه: Single Busbar

مزایا:

•  هزینۀ کم
• حفاظت و عملیات ساده
• در این سیستم تمام انشعابات روی یک شین و توسط یک بریکر با یکدیگر ارتباط پیدا می کنند.

معایب:

• • با اتصال کوتاه روی شین تمام پست بی برق می شود.
• • در صورت تعمیرات روی یک انشعاب آن انشعاب بدون برق می شود.
• • امکان توسعۀ ایستگاه بدون خاموشی کل ایستگاه وجود ندارد.

این نوع شینه بندی مناسب برای مصرف کننده هایی است که امکان تغذیه از ایستگاه دیگر را داشته باشند.

می توان برای برطرف کردن بعضی از معایب طرح فوق از بریکر ( Bus Section = Bus Tie)و یا از دیسکانکت استفاده کرد. در صورتی که برای قطع طولی شین از دیسکانکت استفاده شده باشد برای قطع و وصل آن یک طرف شین بدون برق باشد ولی در صورت استفاده از بریکر می توان در هر شرایطی بریکر را باز و بسته نمود.

در صورت استفاده از بریکر باس شکن در صورت اتصالی روی هر فسمت از شین, همان قسمت بدون برق می شود و تداوم و سرویس دهی بهتری را دنبال خواهد داشت و بریکر باس شکن در حالت کار عادی ایستگاه بسته نگه داشته می شود.

3– شینه بندی اصلی و انتقالی: Main & Transfer Busbar

در صورت اتصال کوتاه روی شین تمام انشعابات بدون برق خواهد شد مگر اینکه از باس شکن استفاده نمائیم.

در حالت کار عادی سیستم تنها شین اصلی برقرار بوده و از شین فرعی استفاده نمی شود و بریکر کوپلر باز است. و بریکر باس کوپلر در هر زمان تنها می تواند جانشین یکی از بریکرهای خطوط و یا ترانس شود

در این سیستم از یک شین اصلی و از یک شین فرعی که ارتباط دو شین توسط یک بریکر موسوم به Bus Coupler امکان پذیر است, هر انشعاب از طریق بریکر به شین اصلی و از طریق دیسکانکت به شین فرعی وصل است. بریکر باس کوپلر در صورت اشکال در هر یک از بریکرها می تواند جایگزین آنها شود. این متن برگرفته از سایت مهندسی برق قدرت و شبکه های انتقال و توزیع مهندس هادی حداد خوزانی می باشدپس هنگام جایگزینی باس کوپلر بجای هر یک از بریکرهای خط و یا ترانس, ابتدا باید دیسکانکتهای طرفین کوپلر را بست و بعدا بریکر کوپلر بسته شده و در نهایت سکسیونر متصل به شین فرعی بسته و بریکر خط یا ترانس را از مدار خارج می نمایند.

در صورتی که تعداد انشعابات از شین اصلی زیاد باشد گاهی شین اصلی و فرعی به دو یا چند بخش نیز تقسیم می گرددکه ارتباط بخش ها در شین اصلی معمولا از طریق بریکر ودر شین فرعی از طریق دیسکانکت انجام می شود باید توجه داشت که توسعۀ ایستگاه بدون خاموشی کامل آن امکان پذیر نیست.ولی در صورت استفاده از باس شکن می توان یک طرف آن را برای توسعه بدون برق کرد.

شین بدون خاموشی قابل تعمیر نیست ولی بریکرهای خط و یا ترانس بدون خاموشی خط و یا ترانس قابل تعمیرند.

در صورت استفاده از باس شکن, باس کوپلر برای دو طرف در نظر گرفته می شود و در صورت استفاده از باس شکن در شین فرعی, می توانیم دو بریکر را در آن واحد تعمیر نمائیم.

معمولاً این نوع شینه بندی تا سطح ولتاژ 132 Kv مورد استفاده قرار می گیرد.

4– شینه بندی دوبل( دوشین): Duplicate Busbar

*** نقش بریکر کوپلر در این شینه بندی با بریکر کوپلر در شینه بندی اصلی و انتقالی متفاوت است.

می توان با استفاده کردن از دیسکانکت D.S بدون خاموشی از دو شین اصلی استفاده شود هر انشعاب دارای سه دیسکانکت است که دو دیسکانکت امکان اتصال از یک شین به شین دیگر به این صورت است که ابتدا دیسکانکتهای مربوط به کوپلر و بریکرکوپلر را بسته و پس دیسکانکتهای شین دوم را بسته و شین اول را باز می نمایند در صورتی که تعداد انشعابات زیاد باشد می توان از بریکر Bus section استفاده کرد که در اینصورت برای هر بخش از شین یک بریکر کوپلر مورد نیاز خواهد بود. در این سیستم می توان تعدادی از انشعابات را از یک شین و تعدادی دیگر را از شین دوم تغذیه کرده توسعه پست بدون برق کردن پست امکان پذیر است.

*عیب اساسی:

تعمیر بریکر خط و یا ترانس, خاموشی انشعاب مربوطه را بدنبال خواهد داشت تا سطح ولتاژ 132 کیلوولت مورد استفاده قرار می گیرند.

5– سیستم شینه بندی با دو شین اصلی و دیسکانکت موازی:Duplicate Busbar With by pass Disconect

این سیستم در واقع ترکیبی از دو سیستم شینه بندی دوبل و اصلی انتقالی است. هر یک از دو شین می توانند در حالت عادی در مدار باشند و دیگری بعنوان درز و مورد استفاده قرار گیرد. در مواردی که در بریکر هر انشعاب نقصی وجود داشته باشد می توان یک مسیر موازی به کمک بریکر کوپلر ایجاد کرد و بدون خاموشی انشعاب مربوطه نسبت به رفع اشکال از بریکر معیوب اقدام کرد. بدین ترتیب مزیت های دوسیستم در یک سیستم جمع شده است. اما به لحاظ تعداد زیاد دیسکانکتها, کنترل و حفاظت کل سیستم پیچیده تر و نیز از نظر اقتصادی گرانتر خواهد بود.

این نوع شینه بندی نیز معمولا در پستهای با ولتاژ 132 Kv که دارای اهمیت زیادی باشند و گاهی در پسی های با سطح ولتاژ 230Kv نیز مورد استفاده قرار می گیرند

6- سیستم شینه بندی یک و نیم بریکری : One & half Breaker System

سیستم های شینه بندی تاکنون معرفی شده است بهنگام کار عادی پست همگی فقط دارای یک شین بر قرار هستند و شین دوم معمولا بصورت رزرو بوده و باری روی آن قرار ندارد. در چنین سیستم هایی چنانچه اتصال کوتاهی روی شین برقرار رخ دهد تمام بریکرهای تغذیه کننئه انشعابات توسط سیستم حفاظت باسبار تریپ خواهند خورد و کل پست و یا بخشی از آن برای مدتی بی برق خواهد شد

در پست هایی با ولتاژ 230Kv و بالاتر که معمولا ایستگاهایی در یک منطقه قرار دارند بی برق شدن یک بخش از پست می تواند منجر به خاموشیهای گسترده ای هر چند کوتاه مدت گردد بخصوص در نواحی پر مصرف که دارای کارخانجات و مجتمع های صنعتی بزرگ باشد این مسئله بیشتر اهمیت خواهد داشت. لذا برای بالا بردن قابلیت اطمینان سیستم و پایداری شیکه از سیستم های شینه بندی گرانتر ولی مطمئن تری استفاده می شود که سیستم یک ونیم بریکری یکی از آنها ست.

در این نوع شینه بندی برای هر دو انشعاب سه بریکر وجود دارد( برای یک انشعاب یک ونیم بریکر هزینه شده است ). امکان مانور روی بریکرها و انشعابات زیاد است و هیچ انشعابی با معیوب شدن یک یریکر تغذیه کننده آن از مدار خارج نمی شود چون در هر لحظه دو مسیر تغذیه برای هر انشعاب وجود دارد. سیستم دارای دو شین اصلی بوده که در حالت عادی کارکرد هر دو برقرار بوده و کلیۀ بریکرها نیز در مدار می باشند. به این ترتیب در صورتی که روی هر یک از اتصال کوتاهی رخ دهد هیچ یک از انشعابات از مدار خارج نخواهد شد. توسعۀ ایستگاه بدون قطع هیچ یک از انشعابات امکان پذیر است.در این سیستم شینه بندی:

• تمام کلیدها در حالت عادی وصلند.

• در صورت اتصال کوتاه روی شین بریکرهای مربوطه به همان شین بدون برق خواهند شد.
• در صورت اتصالی روی هر انشعاب دو بریکر از مدار خارج خواهند شد.
• امکان تعمیر هر کدام از بریکرها و شین ها بدون قطع انرژی امکان پذیر است.
• توسعه پست براحتی امکان پذیر است.
• تا سطح ولتاژهای 230kv و 400kv مورد استفاده دارند. و نقش عمده در این نوع شینه بندی به عهدۀ بریکرهاست.

7- سیستم شینه بندی دو بریکری

در این نوع شینه بندی و برای هر فیدر ، دو بریکر در نظر گرفته میشود. این موضوع باعث افزایش ضریب اطمینان پست نسبت به سیستم یک و نیم بریکری در هنگام بروز عیب و در شرایط اضطراری میشود. البته افزایش بریکرها باعث افزایش هزینه سرمایه گذاری پست میشود. لذا از این نوع شینه بندی در سطح ولتاژهای کم استفاده نمیشود و فقط در مراکز تولید و پست های حساس و اصلی شبکه بکار میروند. از دیگر مزایای این سیستم آن است که در صورت بروز اشکال در هر یک از بریکرها فقط یک فیدر از مدار خارج میشود.

8- سیستم شینه بندی حلقوی

الف) شینه بندی حلقوی باز

این نوع شینه بندی ، مناسب برای چهار فیدر میباشد که معمولاً جهت اتصال دو فیدر ترانسفورماتور به دو فیدر خط مورد استفاده قرار میگیرد. در آرایش نوع π روی فیدرهای خروجی ، بریکر وجود نداشته و در صورت بروز عیب در هر کدام از فیدرها ، یکی از منابع تغذیه ( فیدر ترانسفورماتور ) از مدار خارج میشود ولی فیدر خط دیگر میتواند همچنان از طریق منبع تغذیه دیگر تغذیه گردد. از معایب این شینه بندی آن است که غیر قابل توسعه میباشد.

در مدل حلقوی باز H یک بریکر برای هر فیدر استفاده میشود که در صورت بروز عیب در فیدر خط ، بریکر مربوطه قطع خواهد شد.

در آرایش زیر اگر عیبی در یکی از فیدرها رخ دهد ، با بستن دیسکانکت اضافه شده ، میتوان فیدر دیگر را از طریق هر دو ترانسفورماتور تغذیه نمود.پویاترانس

ب) شینه بندی حلقوی بسته

در این نوع شینه بندی ، نصب بریکرها در فیدرها صورت نگرفته ، بلکه در طول شین ها و در فاصله بین نقاط اتصال فیدرها پیش بینی گردیده است.

از خصوصیات این سیستم میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

• قابلیت اطمینان این سیستم ، نسبت به سیستم های شینه بندی یک و نیم بریکری و دو بریکری کمتر بوده ولی نسبت به بقیه شینه بندی های ذکر شده بیشتر است.
• در صورت بروز عیب در هر قسمت شین ها با قطع بریکرهای مجاور آن ، تنها یک فیدر ، بی برق میشود و بقیه فیدرها بکار عادی خود ادامه میدهند.
• در صورت بروز نقص و اشکال در زمان قطع هر بریکر و عدم قطع به موقع آن ، دو بریکر واقع در دو طرف بریکر معیوب ، عمل کرده و دو فیدر ، بی برق میشود و قسمت دیگر حلقه بکار خود ادامه میدهد.
• تعمیر هر یک از بریکرها بدون قطع هیچ یک از فیدرها امکان پذیر خواهد بود.
• با توجه به هزینه کردن یک بریکر برای هر فیدر ، هزینه ساخت آن نسبتاً کم میباشد.
• دیسکانکت ها در این شینه بندی نقش عمده ای بر عهده نخواهند داشت و در نتیجه ، عملیات اصلی توسط بریکرها صورت میگیرد.
• با توجه به پیچیده بودن سیستم های کنترل و حفاظت این نوع شینه بندی ، معمولاً طرح واره مذکور را برای چهار فیدر بکار میبرند و گسترش پست توسط سیستم یک و نیم بریکری صورت میگیرد.

9- طرح واره های ترکیبی

به منظور حفظ تعادل اقتصادی ، از سیستم های با شینه بندی های ترکیبی استفاده میشود.

10- سیستم های شینه بندی با بیش از دو شین

مزایای هر دو شینه بندی دو شین اصلی و شینه بندی اصلی –  فرعی در این نوع شینه بندی وجود خواهد داشت.

سیستم های شینه بندی خاص و جدید

الف) سیستم شینه بندی  بریکری

ساختار این نوع شینه بندی ، تقریباً شبیه اتصال یک و نیم بریکری بوده و دو شین اصلی توسط بی ها بهم متصل میشوند.

قابلیت اطمینان این نوع شینه بندی تا حدودی کمتر از سیستم یک و نیم بریکری میشود. همچنین در این نوع شینه بندی ، امکان انجام تعمیرات در کلیدها و یا شین های سیستم ، بدون بروز قطعی فراهم میباشد.

این آرایش در پست های انتقال انرژی با تعداد خروجی های متعدد ( معادل 10 تا 20 خروجی ) قابل استفاده میباشد.

ب) سیستم های شینه بندی 6*4 و 9*6

سیستم شینه بندی 6*4 به شکل کلی مثلث بوده و دارای چهار فیدر ورودی و شش فیدر خروجی میباشد.

این نوع آرایش ، دارای قابلیت اطمینان بالاتری نسبت به آرایش های شینه بندی دوبل ( دو شین اصلی ) ، دو بریکری و  بریکری میباشد. همچنین امکان مانور فوق العاده ای به منظور انجام تعمیرات و نگهداری در شین ها و بریکرها مهیا خواهد شد. این نوع شینه بندی دارای تعداد بریکرهای کمتری نسبت به آرایش دو بریکری ( در شرایط با تعداد فیدرهای برابر ) میباشد.

در سیستم شینه بندی 9*6 نحوه چیدن تجهیزات به زمین بیشتری نیاز دارد که باعث افزایش هزینه پست میگردد.

ج) سیستم شینه بندی سه راهی

  همانطور که در بخش های قبل بیان شد، در پست های با آرایش یک و نیم کلید و دو کلید، هر کدام از فیدرهای خروجی به وسیله دو کلید با شینه ها در ارتباط بودند. در عین حال قابلیت اطمینان یک فیدر را می توان با استفاده از سه کلید افزایش داد. یکی از راه های ساده دسترسی به این امر استفاده از آرایش حلقوی ستاره نشان داده شده در شکل می باشد که در اصل همان آرایش رینگ بوده که گره های رو به روی هم به وسیله خطوط ارتباطی به یکدیگر متصل شده و تشکیل یک ستاره را داده اند. در چنین آرایشی در صورت بروز عیب در فیدرها یا هر کدام از کلیدهای حلقه، حلقه اصلی باز شده و توسط ارتباطات ستاره تشکیل حلقه دیگری داده می شود. باید توجه نمود که نقطه مرکزی ستاره یک گره نمی باشد.

    هر خط ارتباطی و نیز هر بازی حلقه دارای یک کلید و دو سکسیونر بوده و چنانچه مشاهده می شود ارتباط هر گره با بقیه اجزاء از طریق سه راه امکان پذیر بوده و به همین دلیل این نوع آرایش، شینه بندی سه راهی نام گذاری شده است.

    تعداد دیگری از این آرایش وجود دارد که شرط ارتباط هر گروه با بقیه اجزاء از سه طریق را برآورده کرده که یک از آنها موسوم به شینه بندی حلقوی سه پایه نامیده شده است.

    یکی دیگر از انواع آرایش های سه راهی که دارای مزایای اقتصادی فراوان و ضریب اطمینمان بالایی بوده موسوم به سیستم حلقوی با کلیدهای پل است. در این نوع شینه بندی یک یا دو کلید به شینه حلقوی بسته، به صورت پل افزوده شده و توسط سکسیونرها به گره های اصلی متصل می شوند. ای آرایش در شکل نشان داده شده است. در این نوع شینه بندی برابر تعداد فیدرهای مساوی و برابر n ، نسبت به آرایش یک و نیم کلیدی که دارای کلید می باشد. تعداد کلیدها به n + 1 کاهش می یابد.

    یک نوع دیگر از شینه های سه راهی موسوم به شینه بندی حلقوی متقاطع بوده که در شکل نشان داده شده است. این آرایش برای n فیدر همانند حالت یک و نیم کلیدی دارای کلید بوده ولی در این نوع شینه بندی برخلاف حالت یک و نیم کلید هر فیدر توسط سه کلید پشتیبانی می گردد.

  مقایسه شینه بندی های مورد نظر از جنبه های مختلف :‌

‌

‌‌

‌‌

‌

‌

‌

‌

‌

‌

‌

‌

‌

‌

‌

‌‌

‌

بررسی مقایسه ای انواع شینه بندی:

    برای یافتن مناسبترین آرایش شینه بندی جهت یک بخش مشخص لازم است که یک بررسی مقایسه ای بین انواع مختلف این آرایش ها انجام گیرد، در اصل چنین تجربه و تحلیلی باید در ارتباط با معیارهای طراحی یک سیستم قدرت مجتمع، شامل خطوط ارتباطی به پست و مسائلی از قبیل حفاظت و کنترل صورت بگیرد، اما در عمل از تعدادی از فرضیات جهت ساده سازی استفاده خواهد شد. پویاترانس

جنبه های مختلف زیر جهت انتخاب آرایش مناسب یک پست نمونه در نظر گرفته می شود:

• تغذیه مصرف کننده
• عملکرد مطلوب
• قابلیت انعطاف نسبت به مسائلی از قبیل تعمیرات، توسعه و آزمایش تجهیزات
• حفاظت
• سطح زیربنا
• هزینه

در فاز اول برای کلیه آرایش ها دو فیدر خط و دو فیدر ترانس در نظر گرفته شده اند.

در فاز دوم و برای توسعه دو فیدر خط و دو فیدر ترانس دیگر اضافه می شود.

    در بررسی اثر خطا روی شینه باید بین «خروج موقت» و «خروج دایمی» یک فیدر تفاوتی را قائل شد. خروج موقت زمانی حاصل می شود که بعد از وقوع یک خطا و خروج یک فیدر، با عملیات کلیدزنی و مانور روی کلیدها این فیدر فوراً به مدار باز گردد. اما در خروج دائمی حتی با عملیات کلیدزنی نیز فیدر وارد مدار نخواهد شد.

    نتایج هر کدام از جنبه های مختلف بررسی مقایسه ای در یک جدول نشان داده است که ترتیب مطلوب بودن آن نوع آرایش از آن جنبه به خصوص از بالا به پایین لیست می شود.

این بررسی تنها به تجهیزات اساسی پست (کلیدها و سکسیونرها و شینه) محدود شده و اثرات دیگر تجهیزات شامل ترانس های جریان ولتاژ،  سکسیونرهای زمین، برفگیرا و غیره در نظر گرفته نشده است.