آسیای غربی
در سرزمین پرشیا (ایران) بیش از هفت قرن پیش، آثار ارزشمندی همچون رباعیات عمر خیام و شاهنامه فردوسی تدوین شده که نشانگر وجود تحلیل‌های سیاسی در ادبیات آن زمان ایران است، این دو اثر تاریخی در برگیرنده مفاهیم عمیق سیاسی هستند. در همین زمان پیروان ارسطو از قبیل ابوعلی سینا و سپس ابن میمون و ابن رشد به تداوم سنت ارسطو در تحلیل سیاسی همت گماشتند و تفسیرهایی بر آثار وی نوشتند. البته ابن رشد به هیچ کتابی از ارسطو دسترسی نداشت و فقط تفسیری بر کتاب جمهوریت افلاطون نوشت.
رونسانس
در زمان رونسانس ایتالیایی، نیکولو ماکیاولی، گونهٔ مدرن علم سیاست را پایه ریزی کرد و تاکید را بر مشاهدهٔ مستقیم تجربی کنش گران و نهادهای سیاسی قرار داد. ماکیاولی همچنین یک واقع گرا بود و بحث می‌کرد که حتا اگر شر به برپایی یک دولت و رژیم خوب و مفید بینجامد باید در معنای آن بازنگری شود. از این رو وی همچنین مخالف استفاده از الگوهای ایده‌آل گرا در علم سیاست بود و امروزه وی را به عنوان پدر الگوی سیاسی در علم سیاست می‌شناسند. بعد ترها تغییر در گفتمان علم سیاست در دوران روشنگری باعث شد تا مطالعات سیاسی حتا فرای این نورم‌های معمول انجام شود.
روشنگری
کارهای فیلسوفان فرانسوی در این دوره همچون ولتر، روسو و دیدرو در این زمان نمونهٔ کامل و معیار خوبی برای تحلیل‌های سیاسی، علوم اجتماعی، و نقدهای سیاسی و اجتماعی به شمار می‌رود. تاثیر آنها بر اجتماع فرانسه منجر به وقوع انقلاب فرانسه شد و نهایتن باعث پدید آمدن و توسعهٔ دموکراسی‌های مدرن در جای جای جهان شد.
همچنان ماکیاولی، توماس هابز، که به خاطر نظریهٔ خویش دربارهٔ قرارداد اجتماعی به خوبی شناخته شده است، نیز اعتقاد داشت که یک قدرت مرکزی نیرومند، مانند پادشاهی، برای ادارهٔ خودخواهی ذاتی افراد نیاز است، البته هیچ کدام از این دو نفر به حق‌الهی پادشاه معتقد نبودند. در طرف دیگر جان لاک قرار داشت که کتاب دو رساله دربارهٔ حکومت را نوشت و به الهی بودن منشا پادشاه معتقد نبود، با پذیرش نظریهٔ ارسطو در طرف آکویناس و علیه ماکیاولی و هابز ایستاد و گفت انسان به عنوان یک حیوان اجتماعی به دنبال شاد زندگی کردن در یک دولتی است که بر پایهٔ هماهنگی اجتماعی تاسیس شده است. اما بر خلاف نظریهٔ اصلی آکویناس دربارهٔ رهایی روح انسان از گناه اولیه، لاک معتقد بود که انسان‌ها با ذهنی ساده و پاک و بدون هیچ تاثیری به این دنیا پا گذاشته‌اند. بر طبق نظر لاک، از منظر حقوق طبیعی که بر پایهٔ منطق و برابری پایه ریزی شده و به دنبال آرامش و نجات انسان است، وجود یک حاکم مطلق که توسط هابز معرفی شده بود، غیر ضروری و نالازم است. در این دوره دیگر دین نقش خاصی را در عرصهٔ علم سیاست بازی نمی‌کرد. و دریافته شد که باید جدایی بین کلیسا و دولت انجام گیرد. دانشمندان علوم انسانی نیز به این نتیجه رسیدند که اصول جاری در علوم تجربی نیز می‌تواند دربارهٔ علوم اجتماعی نیز اعمل شوند و این امر باعث تشکیل علوم اجتماعی در معنای مدرن آن شد. در نتیجه سیاست هم باید در آزمایشگاه خود مورد مطالعه و بررسی قرار می‌گرفت که همانا آزمایشگاه سیاست اجتماع بود. در ۱۷۸۷ الکساندر همیلتون نوشت: "علم سیاست مانند بسیاری از علوم دیگر با پیشرفت شایانی مواجه شده است." دیگر دانشمندان دورهٔ روشنگری هم همگی سیاست را یک علم می‌دانستند.
دیگر چهره‌های مهم در سیاست امریکا که در دورهٔ روشنگری نیز نقش به سزایی داشتند، بنجامین فرانکلین و توماس جفرسون بودند.
علم سیاست مدرن
از آنجا که علم سیاست اساسن مطالعهٔ رفتار انسان است، در تمام زمینه‌های این علم، مشاهدات در محیطی کنترل شده انجام می‌یابند، چرا که با تغییر محیط و ورود دیگر متغیرها به این مشاهده نتایج دست کاری شده و به مشاهدهٔ واقعی نمی‌رسیم و روش‌های تجربی هم به طور روزافزونی جای خود را در این علم باز کرده‌اند. به این خاطر دانشمندان علم سیاست در طول تاریخ همیشه به دنبال مطالعه از طریق مشاهدهٔ رفتار نخبگان سیاسی، نهادها و افراد یا گروه‌ها بوده‌اند تا بتوانند الگوهای کلی مناسبی را که بتوان نظریه‌های سیاسی را بر روی آنها استوار کرد، ارائه دهند.
همانند تمام شاخه‌های علوم اجتماعی، علم سیاست با دشواری‌های مشاهده اعمال و رفتارهای انسانی رو به روست، چرا که رفتار انسانی تنوع و گوناگونی فراوانی دارد و انسان‌های متفاوت در موقعیت‌های مشابه دست به انتخاب‌های متمایزی می‌زنند و این امر مانند مطالعهٔ بدن انسان در زیست‌شناسی و یا اشیاء ثابت در علم فیزیک نیست. علی‌رغم این دشواری‌ها، علم سیاست معاصر توسط روش‌های متعدد و رویکردهای نظری گوناگون پیشرفت و توسعه یافته است. اغلب بر خلاف رسانه‌های ملی، دانشمندان علوم سیاسی در صدد تحلیل و بررسی یک موضوع در طولانی مدت هستند و معمولن دربارهٔ رخدادهای حال حاضر به تحلیل‌های عمیق و ارائهٔ نظریه‌های جدید نمی‌پردازند.
حضور علم سیاست به عنوان یک رشتهٔ دانشگاهی توسط دانشگاه‌های مشخصی که این رشته را در نظام آموزشی خود با همین عنوان جای دادند، به اواخر قرن نوزدهم باز می‌گردد. یعنی آن گونه که اندیشمندانی در این رشته تربیت شوند و تا دورهٔ دکترا بتوانند به ادامهٔ تحصیل بپردازند. در این میان تاریخچهٔ غنی سیاست هم به دانشگاهی شدن و تدوین واحدهای درسی آن کمک کرد و باعث شد تا رویکردهای متنوعی در تدریس این رشتهٔ جدید التاسیس ایجاد شود.
انقلاب رفتارگرایانه و نهاد گرایی جدید
در دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ انقلابی رفتارگرایانه در این علم پدید آمد که تاکید داشت بر دقت در مطالعهٔ علمی رفتار افراد و گروه‌های مورد نظر در این رشته. منظور از آن این بود که تمرکز بر روری مطالعهٔ رفتار سیاسی باشد به جای اینکه مطالعه بر نهادها و تفسر متون حقوقی صورت پذیرد. این رویکرد در کار افرادی چون رابرت دال، فیلیپ کانورس و در همکاری با پائول لازارسفلد جامعه‌شناس دیده میشود.
در اواخر دههٔ شصت و اوایل دههٔ هفتاد شاهد استفاده از روش قیاسی در این رویکرد هستیم که با به کار گیری تکنیک‌های آن سعی در فراهم آوردن شیوهٔ بیشتر تحلیلی در این رشته داشت. در این دوره تلاش‌هایی برای مطالعهٔ رفتارشناسانهٔ اقدامات اقتصادی به منظور درک نهادهای سیاسی هستیم. ویلیام اچ ریکلر و همکاران و شاگردانش در دانشگاه روچستر اصلی ترین مدافعان این رویکرد بودند.
پیشرفت‌های اخیر
در سال ۲۰۰۰ جنبش پرسترویکا در علم سیاست به عنوان عکس العملی علیه حمایت از جنبشی که ریاضی سازی علم سیاست نامیده میشد، پا به عرصهٔ وجود گذاشت. آنها که در صدد معرفی این جنبش بودند بحث می‌کردند که گوناگونی روش‌ها و رویکردها در علم سیاست نیاز است ولی نباید به گونه‌ای شود که جا برای رویکردهای جدید باقی نماند.
نظریه‌های تکامل یافتهٔ روانشناسی بحث میکنند که انسان دچار تحول‌های بسیاری در شیوهٔ اندیشندن و زندگی روانی خود شده که باعث نگاهی متفاوت به سیاست و در این زمینه نیز میشود. این رویکرد توضیحی است برای درک بسیاری از ویژگی‌های نظام مند شناختی و مبنای سیاست حال حاضر دنیا.
زیر شاخه‌ها
بیشتر اندیشمندان و دانشمندان علم سیاست در یکی یا بیشتر از این پنج شاخهٔ این رشته مشغول به کار و مطالعه هستند:
سیاست تطبیقی، شامل مطالعات منطقه‌ای
روابط بین‌الملل
فلسفهٔ سیاسی
ادارهٔ عمومی
حقوق عمومی
بعضی از دانشکده‌های علم سیاست نیز همچنین از متدلوژی‌های گوناگونی استفاده میکنند و بعضن رشته‌های مختلف دیگری را به این زیر شاخه‌ها اضافه کرده‌اند و زیر شاخه‌های جزئی تری را شکل داده‌اند، مانند مطالعهٔ سیاست داخلی کشوری خاص. در تضاد با این طبقه بندی سنتی، بعضی از دانشگاه‌ها رشته‌های جزئی تر دیگری را نیز تاسیس کرده‌اند مانند رفتار سیاسی (که شامل نظریات مردم، اقدامات جمعی و... است) و نهادهای سیاسی (شامل مجلس قانون گذاری و سازمان‌های بین‌المللی). کنفرانس‌های علم سیاست و نشریات آن اغلب بر دسته بندی‌های مشخص تر و جزئی تری تاکید دارند. برای مثال انجمن علم سیاست امریکا چهل و دو رشتهٔ نظام یافته را با روش‌ها و عناوین متفاوت برای این علم معرفی کرده است.
علم پایه
علم پایه یا علم بنیادی (به انگلیسی: Fundamental science)، مجموعه علومی است که به بررسی بنیادین پدیده‌ها یا بررسی ماهیت، قوانین و روابط حاکم بین آنها می‌پردازد.
از بارزترین این علوم می‌توان به ریاضیات، شیمی، فیزیک، فلسفه، منطق، زیست‌شناسی، زبان‌شناسی و زمین شناسی اشاره نمود.
علوم پایه، زیربنای اصلی سایر دانش‌ها محسوب میشود و به همین دلیل در مواقعی به کل علم (به انگلیسی: Science) تعمیم داده می‌شوند.
علوم وب
علوم وب (Web science) به آن دسته از تلاش‌ها و مطالعات علمی اطلاق میشود که به منظور صوری‌سازی و یکپارچه‌نمایی ابعاد گوناگون اجتماعی و مهندسی کاربردهای مبتنی بر همکاری تحت شبکههای بزرگ‌مقیاس محاسباتی همچون وب جهان‌شمول صورت می‌گیرد.
الکترونیک
الکترونیک دانش مطالعهٔ عبور جریان الکتریکی از مواد مختلف - مانند نیمه‌رساناها، مقاومت‌ها، القاگرها و خازن‌ها - و آثار آن است. الکترونیک همچنین به عنوان شاخه‌ای از فیزیک نظری شناخته میشود. طراحی و ساخت مدارهای الکترونیکی برای حل مشکلات عملی، قسمتی از مباحث موجود در مهندسی الکترونیک را تشکیل میدهد.
در برخی موارد مطالعه المانهای جدید نیمه‌رسانا و فن‌آوری‌های نزدیک به آن، شاخه‌ای از فیزیک در نظر گرفته میشود. این مقاله بیشتر به مفاهیم مهندسی الکترونیک می‌پردازد.
ادوات و مدارهای الکترونیکی
مدارهای الکترونیکی برای ایفا کردن وظایف مختلفی استفاده می‌شوند. کاربردهای اصلی مدارهای الکترونیکی عبارتند از:
۱) کنترل و پردازش داده‌ها
۲) تبدیل و توزیع توان الکتریکی
۳) اجرای عملیات خاص
هر ردیف این کاربردها با ایجاد و آشکارسازی میدان الکترومغناطیسی و جریان الکتریکی سرو کار دارند. گرچه از انرژی الکتریکی در سال‌های انتهایی قرن ۱۹ برای انتقال پیام به وسیله تلگراف و تلفن استفاده میشد اما بیشتر پیشرفت‌های مربوط به علم الکترونیک پس از ساخت رادیو شکل گرفت. در یک نگاه ساده، یک سیستم الکترونیکی را می‌توان به سه بخش تقسیم کرد:
ورودی: حسگرهای الکترونیکی و مکانیکی (یا مبدل‌های انرژی). این تجهیزات سیگنال‌ها یا اطلاعات را از محیط خارج دریافت کرده و سپس آنها را به جریان، ولتاژ یا سیگنال‌های دیجیتال تبدیل میکنند.
پردازشگر سیگنال: این مدارها در واقع وظیفه اداره کردن، تفسیر کردن و تبدیل سیگنال‌های ورودی برای استفاده آنها در کاربرد مناسب را بر عهده دارند. معمولاً در این بخش پردازش سیگنال‌های مرکب بر عهده پردازشگر سیگنال‌های دیجیتال است.
خروجی: فعال کنندهها یا دیگر تجهیزات (مانند مبدل‌های انرژی) که سیگنال‌های ولتاژ یا جریان را به صورت خروجی مناسب در خواهند آورد (برای مثال با ایفای یک وظیفه فیزیکی مانند چرخاندن یک موتور).
برای مثال یک تلویزیون دارای هر سه بخش بالا است. ورودی تلویزیون سیگنال‌های پراکنده شده را دریافت کرده (به وسیله یک آنتن یا کابل) و آنها را به ولتاژ و جریان مناسب برای کار دیگر تجهیزات تبدیل می‌کند. پردازشگر سیگنال پس از دریافت داده‌ها از ورودی اطلاعات مورد نیاز مانند میزان روشنایی، رنگ و صدا را از آن استخراج می‌کند. در نهایت قسمت خروجی این اطلاعات را دویاره به صورت فیزیکی در خواهد آورد این کار به وسیله یک لامپ اشعه کاتدیک و یک بلندگوی آهنربایی انجام خواهد شد.
تاریخچه قطعات الکترونیکی
لوله های خلاء (سوپاپ گرمایونی) یکی از اولین قطعات الکترونیکی بودند. آنها الکترونیک را تا اواسط از دهه 1980 میلادی تحت سلطه داشتند. از آن زمان به بعد ، قطعات حالت جامد بیشتر دنیای الکترونیک را در دست گرفتند.با این حال لوله های خلاء هنوز هم در برخی از دستگاه های تخصصی مانند تقویت کننده های قدرت بالا RF، لامپهای پرتوی کاتدی، تجهیزات صوتی تخصصی، تقویت کننده های گیتار و برخی از دستگاه های مایکروویو استفاده می شوند.
انواع مدارات الکترونیکی
مدارات و قطعات را می توان به دو گروه تقسیم کرد : آنالوگ و دیجیتال. یک دستگاه الکترونیکی ممکن است که از یک نوع و یا ترکیبی از این دو نوع تشکیل شده باشد.
آنالوگ
اغب دستگاههای الکترونیکی آنالوگ ، مانند گیرنده‌های رادیویی ، از ترکیبی از چند مدار اولیه ساخته شده‌اند. مدارهای آنالوگ از رنج متناوبی از ولتاژ بر خلاف مدارهای دیجیتال که از دو سطح ولتاژ استفاده می کنند، بهره می برند.
مدار الکتریکی
مدارهای الکتریکی از به‌هم پیوستن المانهای الکتریکی یا غیر فعال (مقاومت، خازن، سلف، لامپ، و ...) یا المانهای الکترونیکی یا فعال (دیود، ترانزیستور، IC، و ...) یا ترکیبی از آن دو بوجود می‌آید به طوری که حداقل یک مسیر بسته را ایجاد کنند و جریان الکتریکی بتواند در این مسیر بسته جاری شود.
اگر عناصر تشکیل دهندهٔ مدار الکتریکی باشند، مدار الکتریکی نامیده میشود، و اگر عناصر الکتریکی و الکترونیکی باشند، مدار الکترونیکی است .
هر مدارالکتریکی از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:
یک منبع تغذیه‌الکتریکی مانند باتری یا ژنراتور
سیم‌های رابط: سیم‌ها یا نوارهای ارتباط دهنده مدار، از یک ماده رسانای الکتریسیته خوب مانند مس تشکیل می‌شوند.
مصرف کننده یا بار: وقتی می‌گوییم یک مدار الکتریکی تشکیل شده است، که اتصال دهنده‌ها و سایر قطعات، یک حلقه بسته را بوجود آورده باشند. تنها در این صورت است که جریان برق برقرار میشود.
المانهای مداری: همچون خازن، مقاومت، سلف، ترانسفورماتور، دیود
تولید انرژی الکتریکی
تاریخچه
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 تامین 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
نیروگاه
نیروگاه مجموعه‌ای از تأسیسات صنعتی است که برای تولید انرژی الکتریکی از آن استفاده میشود. نیروگاه‌ها بسته به نوع تکنولوژی به کار رفته در آنها 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 تامین میشود و غالیا به منظور ایجادحداکثر راندمام و حداقل نمودن هزینه هاوهمچنبن میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی در آن منطقه و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد.
توربین‌ها
امروزه توربین‌های متصل به ژنراتورهای الکتریکی بیشترین حجم انرژی الکتریکی را تولید میکنند. توربین‌ها به وسیله یک سیال به چرخش درمی‌آیند که نقش واسطه حامل انرژی را ایفا می‌کند. در این میان سیال‌های زیر به دلیل داشتن خصوصیات مناسب بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند:
بخار: ابتدا آب به وسیله حرارت تولید شده از شکافت هسته‌ای و یا سوختن سوختها (زغال سنگ، گاز طبیعی و یا نفت) به جوش می‌آید و سپس از این بخار برای به حرکت درآوردن پره‌های توربین استفاده میشود. در بعضی از نیروگاه‌ها جدید از انرژی خورشیدی برای تامین انرژی استفاده میشود. در این روش از صفحات خورشیدی مخروطی شکل برای متمرکز کردن نور خورشید و به جوش آوردن آب استفاده میشود. از روش‌های جدید دیگری که برای تامین انرژی برای گرم کردن آب به کار می‌رود می‌توان به استفاده از انرژی زمین گرمایی نیز اشاره کرد.
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 تامین گردد.
باد: بیشتر توربین‌های بادی انرژی خود را از حرکت طبیعی باد به دست می‌آورند. اما در بعضی توربین‌ها فشار باد به صورت مصنوعی از طریق انرژی نور خورشید و یا سوختن سوختها به وجود می‌آید.
گازهای داغ: در این حالت توربین‌ها به طور مستقیم به وسیله گازهای تولیدی از سوختن سوخت‌های فسیلی به حرکت در می‌آیند.
توربین‌های گازی مرکب انرژی خود را به طور همزمان از آب و فشار گاز می‌گیرند. در این نیروگاه‌ها انرژی مورد نیاز به وسیله سوختن گاز طبیعی و از طریق گازهای داغ در یک توربین گازی تامین می‌گردد و از مازاد انرژی برای گرم کردن آب و تبدیل بیشتر انرژی استفاده میشود. راندمان این نیروگاه‌ها معمولاً بالاتر از ۶۰٪ است.
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.
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 بسیار 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. همچنین راندمان پایین سلول‌های خورشیدی سیلیکونی (نزدیک به ۳۰٪) استفاده از آنها 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.
بازار برق
بازار برق سیستمی است برای خرید و فروش برق به صورت عرضه و تقاضا که به منظور تعیین قیمت برق برپا میشود. در ساختار جدید صنعت برق، بر خلاف ساختار قدیم آن که مدیریت تولید، توزیع و انتقال، مدیریتی واحد بود، سیستم‌های نامبرده به صورت مستقل عمل میکنند. در این میان بازار برق به عنوان واسطی بین سیستم‌های مذکور عمل خواهد کرد و ساختار اقتصادی صنعت برق را به چهار بخش عمده‌فـروش، ترانزیـت، خریـد عمـده و خـرده‌فروش تقسیم مینماید.
بازار عمده‌فروشی برق
در بازار عمده‌فروشی، مالکین نیروگاه‌ها برق تولیدی خود را در بازار ارائه می‌نمایند. برخی از اطلاعاتی که مالکان نیروگاه‌ها باید به بازار اعلام کنند به شرح زیر است:
قابلیت تولید ابراز شده
قابلیت تولید قابل گسیل با تعیین اثرات هر یک از محدودیتها
متوسط هزینه متغیر تولید واحد نیروگاهی
ظرفیت اختصاص یافته به ترانزیت (به تفکیک)، همراه با سایر اطلاعات مربوطه (همچون نیاز مصرف مصرف‌کننده برای همان ساعت، قدرت قراردادی ترانزیت و مشخصات عرضه‌کننده و مصرف‌کننده)
اولویت نسبی ترانزیت(ها) در اعمال خاموشی و یا مدیریت مصرف
نرخ پیشنهادی انرژی تولیدی واحد نیروگاهی مزبور (برای باقی‌مانده ظرفیت واحد نیروگاهی تا سقف قابلیت تولید ابراز شده) و برای هر ساعت از هر روز
که این اطلاعات باید تا ساعت ۹ صبح سه روز قبل، به مدیریت بازار اعلام شوند. سپس مدیریت بازار با استفاده از این اطلاعات، تا ساعت ۱۲ روز قبل از عرضه، پذیرش و یا عدم پذیرش هر واحد نیروگاهی برای تولید انرژی را به مالک نیروگاه اعلام مینماید و در کنار آن اطلاعات زیر به وی عرضه میشود:
نرخ پذیرفته شده انرژی تولیدی آن واحد نیروگاهی
برآورد نیاز ساعت به ساعت شبکه به انرژی برای هر واحد نیروگاهی
محدودیت‌های ناشی از انتقال
محدویتهای ترانزیت
حوادث قهریه
قابلیت تولید ابراز شده
ظرفیت تولیدی است که فروشنده تنها با در نظر گرفتن مشکلات هر واحد نیروگاهی و شرایط محیطی و بدون در نظـرگرفتن اثرات محدودیت‌های خارج از مسئولیت خود (از قبیــل محدودیت انتقال، حــوادث قهریـه و دسـتورات مرکـز)، آن را تعیین و به مدیر بازار اعلام مینماید.
قابلیت تولید قابل گسیل
ظرفیت تولیدی است که فروشنده با در نظر گرفتن اثرات تمام عوامل موثر بر تولید برق مانند شرایط محیطــی و محدودیت‌های خارج از مسئولیت خود و مشکلات فنــی واحـد نیروگاهی، برآورد و به مدیر بازار و مرکز اعلام مینماید. مرکز بر این اساس و سایر محدودیتها، قابلیت تولیــد قـابل گسیل را تعیین (قطعی) خواهد نمود.
بازار خرده‌فروشی برق
بازار خرده فروشی برق قسمتی از بازار برق است که اجازه میدهد افرادی در آن به عنوان واسطه عمل کرده و برق مورد نیاز مصرف کنندگان را خریداری کنند و در اختیار مصرف کنندگان خرد و جزئی قرار دهند. این بازار اختیار مشتریان را بیشتر کرده و به آنان اجازه میدهد تامین‌کنندهٔ برق خود را انتخاب کنند. البته این بازار اختیار فروشندگان را نیز گسترش خواهد داد.
خرده‌فروشان که در این بازار به عنوان واسطه عمل میکنند، برق مورد نیاز خود را از بازار عمده‌فروشی و با توجه به پیشنهادهای تولیدکنندگان خریداری می‌نمایند. نقش بازار عمده فروشی صدور اجازهٔ انجام معاملات بین تولیدکنندگان، خرده‌فروشان و سایر واسطه‌ها برای تحویل کوتاه مدت برق و یا برای تحویل آن در آینده است.
ریسک حجم
در بازار خرده‌فروشی برق، پیش‌بینی میزان دقیق مصرف و تولید ناممکن است، مثلاً نمی‌توان میزان مصرف مصرف کنندگان در چند روز آینده را دقیق پیش‌بینی کرد، یا نمی‌توان کمبود سوخت و اشکالات فنی نیروگاه را پیش‌بینی نمود، بنابراین ممکن است گاهی میزان خرید خرده‌فروشان از میزان مصرف کمتر باشد که این امر (یعنی بیشتر بودن تقاضا نسبت به عرضه) ممکن است منجر به ناپایداری شدید قیمت‌ها شود. برای خنثی کردن مشکلات احتمالی ناشی از این پدیده، که اصطلاحاً به آن ریسک حجم گفته میشود، بین خرده‌فروشان و عمده‌فروشان قراردادهایی منعقد میشود که روش اجرای این قراردادها با توجه به آداب رسوم منطقه‌ای و ساختار بازار برق متفاوت است.
بازار توان راکتیو
برای حفظ پایداری شبکههای قدرت و انتقال توان مطمئن، افزون بر تامین توان اکتیو نیاز به تامین توان راکتیو نیز می‌باشد که برای بهبود ایمنی سیستم بایستی توسط بهره بردار سیستم قدرت بصورت بهینه تأمین گردد. یکی از اهداف بازار توان راکتیو تثبیت ولتاژ در شبکه است.
بازار توان راکتیو ایران از ابتدای تیرماه ۱۳۸۶ فعال شده است.
قدرت بازار
در متون اقتصادی از قدرت بازار به عنوان توان عوامل بازار در تاثیرگذاری بر قیمت کالا در بازار (در جهت کسب منافعی بیشتر از شرایط رقابت کامل) یاد میشود. بنابراین یکی از حالات قدرت بازار این است که واحدهای تولیدی بتوانند قیمت‌ها را بیش از سطح رقابتی آن بالا ببرند. اما قدرت بازار تنها به قدرت عرضه کننده محدود نمی‌شود بلکه در شرایطی تقاضاکنندگان نیز دارای قدرت بازار می‌شوند. باید توجه داشت که قدرت بازار یک پدیدهٔ طبیعی مبتنی بر رفتار عقلایی عوامل بازار است چرا که فرض بر این است که عوامل بازار همواره در صدد بالا بردن منافع خود هستند. جلوگیری از ایجاد زمینه‌های قدرت بازار از وظایف طراح بازار می‌باشد.
بازار برق ایران
بازار برق ایران کار خود را رسماً از تاریخ ۱ آبان ۱۳۸۲ آغاز نمود. این بازار یکی از زیرساخت‌های لازم برای خصوصی‌سازی شمرده میشود. در همین راستا بورس انرژی کار خود را از اسفند ۱۳۹۱ آغاز کرد و قرار است در آیندهٔ نزدیک مشترکان نیز بتوانند برق را مستقیماً از از بورس خریداری کنند.
حلقه زمین (برق)
در یک سامانه الکتریک، حلقه زمین معمولا به جریان ناخواسته‌ای گفته میشود که در رسانایی که دو نقطه را به هم وصل می‌کند و اصولا باید هم پتانسیل باشند به راه می‌افتد. این نقطه‌ها که معمولا زمین هستند باید صفر ولت باشند ولی اختلاف ولتاژ ناچیزی با صفر، پیدا میکنند. حلقه‌ی زمینی که با طراحی نامناسب و یا نصب نادرست قطعات سیستم پیدا میشود منجر به تولید نویز و تداخل در سیستم‌های صوتی، تصویری میشود.
در شکل زیر در حالت ایده‌آل باید مقاومت Rg صفر اهم یاشد ولی چون این مقدار، صفر نیست، Vout تابعی از V۱ میشود که این یعنی کار مدار سمت چپ بر کار مدار سمت راست تاثیر می‌گذراد و دو مدار دچار تداخل می‌شوند.
خفه کن
در الکترونیک چوک یا خفه کن القاگری است که برای مسدود کردن فرکانسهای بالاتر جریان متناوب AC در یک مدار الکتریکی استفاده می شود، به گونه ای که فرکانس های پایین تر و یا جریان مستقیم DC عبور می کند.یک چوک معمولاً شامل یک سیم پیچ الکتریکی است.
ریزشبکه
یک ریزشبکه (Micro grid) معمولاً شامل مجموعه‌ای از منابع تولید پراکنده، سیستم ذخیره انرژی و بارها می‌باشد که می‌تواند به صورت اتصال به شبکه و عملکرد جزیره‌ای مورد بهره‌برداری قرار گیرد، ریزشبکه دارای منافع زیادی هم برای مصرف کننده و هم برای شرکت‌های تولید برق خواهد داشت، از دید مصرف‌کننده ریزشبکه قابلیت فراهم ساختن همزمان برق و حرارت، افزایش قابلیت اطمینان، کاهش انتشار گازهای گل‌خانه‌ای، بهبود کیفیت توان و کاهش هزینه‌های مصرف را دارد و از دید شرکت‌های برق بکارگیری ریزشبکه‌ها پتانسیل کاهش دیماند مصرفی و بنابراین کاهش تسهیلات توسعه خطوط انتقال و علاوه بر آن عامل حذف نقاط اوج مصرف خواهد بود که در نتیجه از تلفات شبکه نیز کاسته میشود.
ژنراتور هسته‌ای (نیروگاه)
ژنراتور هسته‌ای دستگاهی در نیروگاههای اتمی است که با همراهی مواد و رآکتورهای هسته‌ای، برق تولید می‌کند. البته نوع قابل حمل هم دارد و بعضا در ساخت بمب هم از آن استفاده میشود.
قطع برق
قطع برق یا خاموشی به از دست رفتن کوتاه یا بلند مدت توان الکتریکی در یک منطقه اطلاق میشود.
عوامل بسیاری وجود دارند که باعث قطعی در شبکه برق می‌شوند. برخی از این عوامل عبارتند از خطا (الکتریکی) در نیروگاه‌ها، آسیب دیدن خطوط انتقال انرژی الکتریکی، پستهای برق و یا بخشی‌هایی از سیستم توزیع، وقوع یک اتصال کوتاه و یا اضافه بار در سیستم‌های الکتریکی.
قطعی برق به‌ویژه در مناطق و تاسیساتی که امنیت عمومی و زیست‌محیطی را در معرض خطر قرار میدهد، بحرانی است. نهادهای چون بیمارستان‌ها، تاسیسات دفع فاضلاب، معادن و امثال آنها به‌طور معمول دارای منابع برق پشتیبان از قبیل سامانه‌های برق اضطراری هستند که در هنگام قطع برق شبکه، به‌صورت خودکار راهاندازی می‌شوند. سایر سیستم‌های حساس مثل سیستم‌های مخابراتی نیز، نیاز به سامانه‌های برق اضطراری دارند.
به گفتهٔ مدیرعامل شرکت توانیر ایران، متوسط سرانهٔ خاموشی‌ها در ایران در هر شبانه‌روز در سال ۱۳۸۸ حدود ۲ دقیقه بوده است.
پست برق
پست الکتریکی ایستگاهی فرعی است که در مسیر تولید، انتقال یا توزیع انرژی الکتریکی ولتاژ را به وسیله ترانسفورماتور به مقادیر بالاتر یا پایین‌تر تغییر میدهد. توان الکتریکی می تواند از میان شمار زیادی پست بین نیروگاه و مصرف کننده(توانگیر) بگذرد و ولتاژ آن در طول مسیر بارها تغییر کند.
پست‌هایی که از ترانسفورماتورهای افزاینده می گیرند مایه افزایش ولتاژ و به این ترتیب کاهش جریان می‌شوند، در حالیکه پست‌هایی که از ترانسفورماتورهای کاهنده بهره می گیرند برای افزایش ایمنی، ولتاژ را کاهش داده و جریان را افزایش می‌دهند.
اجزای یک پست
یک پست روی هم رفته دارای تجهیزات سویچ، سیستم‌های حفاظت (پناه)، کنترل و همچنین یک یا چند ترانسفورماتور است. در پستهای بزرگ از مدارشکن‌ها یا دژنکتور برای برش هرگونه اضافه جریان برخاسته از اتصال کوتاه یا اضافه بار بهره برده میشود. در پستهای کوچکتر می توان از سکسیونر یا فیوز برای محافظت از مدارهای منشعب بهره گیرند. پست‌ها (معمولاً) دارای ژنراتور نیستند اگرچه نیروگاه‌ها شاید در نزدیکی خود پست داشته باشند. از دیگر موارد موجود در یک پست الکتریکی می‌توان تجهیزات نگهدارنده پایان خط، تابلوی فشار قوی، تابلوی فشار ضعیف، جرقه‌گیر، سیستم کنترل، سیستم زمین و سیستم‌های اندازگیری میشود، همچنین ممکن است از تجهیزات دیگری مانند خازن‌های اصلاح ضریب توان یا تنظیم کننده ولتاژ نیز در پست استفاده شود.
پستهای الکتریکی با توجه به کاربردشان ممکن است بر روی پهنه(سطح) زمین و در حصار، زیر زمین و یا در ساختمان‌ها ساخته شوند. ساختمان‌های بسیار بلند ممکن است دارای چندین پست الکتریکی داخلی باشند. از پستهای داخلی بیشتر در مناطق شهری و برای کاهش صدای ناشی از ترانسفورماتورها، ملاحظات بصری شهر و محافظت تابلوها از تاثیرات آلودگی هوا و دگرگونی آب و هوا بهره برده می شود. در مناطقی که از حفاظ فلزی در اطراف پست استفاده میشود باید این حفاظ زمین شده باشد تا از نگرانی برق گرفتگی در موارد ایجاد جریان خطا در پست استفاده شود. پیش آمد خطا در شبکه و تزریق جریان ناشی از آن به زمین در پست می تواند مایه افزایش پتانسیل در مناطق کنار پست شود. این افزایش پتانسیل در اطراف پست مایه پیدایش یک جریان در طول حصارهای فلزی میشود و در این زمان ها ولتاژ حصارها می‌تواند با ولتاژ زمینی که آنکس بر روی آن ایستاده بسیار دگرسان باشد که این مایه افزایش ولتاژ تماس تا اندازه ای خطرناک خواهد شد.
پست انتقال
وظیفه پست انتقال اتصال دو یا چند خط انتقال است. ساده‌ترین حالت زمانی است که دو خط دارای ولتاژ یکسان هستند. در این موارد پست دارای مدارشکن‌هایی است تا در صورت نیاز مثل انجام تعمیرات مدار را از شبکه جدا کند. یک پست انتقال ممکن است دارای ترانسفورماتور برای تبدیل دو ولتاژ انتقال یا تجهیزات تنظیم اختلاف فاز باشد.
پستهای انتقال ممکن است ساده یا پیچیده باشند. یک ایستگاه کوچک سوئیچینگ گذشته از چند مدارشکن چیزی بیشتر از یک گذرکاه ندارد. درحالیکه یک پست انتقال بزرگ، منطقه بزرگی را با چندین ولتاژ پوشش میدهد و دارای تجهیزات متعدد حفاظتی و کنترلی (خازن‌ها، رله‌ها، سوئیچ‌ها، مدارشکن‌ها و ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ) است. معمولاً سطح ولتاژ پست های انتقال بالای 63 کیلو ولت می باشد.
پست توزیع
وظیفه یک پست توزیع تحویل گرفتن توان از سیستم انتقال و تحویل آن به سیستم توزیع است. از نظر اقتصادی و ایمنی وصل مصرف‌کننده‌ها به طور مستقیم به شبکه انتقال به صرفه نیست بنابراین پست توزیع ولتاژ را تا میزانی مناسب برای مصرف‌کننده‌ها کاهش میدهد.
حداقل برای ورودی یک پست توزیع از دو خط انتقال استفاده میشود. ولتاژ ورودی به پست‌ها توزیع به استانداردهای هر کشور وابسته‌است با این حال ولتاژ ورودی به پستهای توزیع معمولاً ولتاژی متوسط بین ۲٫۴ تا ۳۳ کیلوولت است.
گذشته از تغییر ولتاژ، وظیفه پست توزیع ایزوله کردن هر یک از شبکههای توزیع یا انتقال از خطاهای رخ داده در دیگری است. پستهای توزیع ممکن است وظیفه تنظیم ولتاژ را نیز بر عهده داشته باشند، البته در مسیرهای توزیع طولانی (چندین کیلومتر) تجهیزات تنظیم ولتاژ در طول خط نصب می‌شوند.
پستهای توزیع پیچیده را بیشتر می‌توان در مراکز شهرهای بزرگ دید.
پست جمع‌کننده
در روش‌های تولید پراکنده مانند استفاده از انرژی بادی، ممکن است به پست جمع‌کننده نیاز باشد. این پست‌ها تا حدودی شبیه پستهای توزیع هستند با این تفاوت که رانش توان معکوس است؛ یعنی از سمت توربین‌های بادی به سمت شبکه انتقال. معمولاً به دلیل ملاحظات اقتصادی سیستم جمع‌آوری کننده در سطح ولتاژ حدود ۳۵ کیلوولت عمل می‌کند و سپس پست جمع‌آوری ولتاژ را تا سطح ولتاژ انتقال برای وصل به شبکه انتقال بالا می‌برد. این پست‌ها همچنین دارای تجهیزات اندازگیری و اصلاح ضریب توان نیز هستند. در حالت خیلی خاص، یک پست الکتریکی دارای دستگاه برگرداننده برق HVDC است.
همچنین، پست الکتریکی جمع‌کننده را می‌توان در مکان‌هایی که چندین نیروگاه حرارتی یا برق‌آبی در نزدیکی هم وجود دارند یافت. نمونه‌ای از این پست‌ها Brauweiler در آلمان و Hradec در جمهوری چک است؛ که انرژی نیروگاههای ذغال‌سنگی نزدیک هم را جمع آوری می‌کند. در صورتی که برای تغییر سطح ولتاژ ترانسفومری نصب نشده باشد، پست مورد نظر یک ایستگاه سوئیچ خواهد بود.
پستهای از نوع تغییر غیرولتاژی
ایستگاه‌های سوئیچ
یک ایستگاه سوئیچ، یک پست است که ترانسفورمر ندارد و تنها در یک سطح ولتاژ عمل می‌کند. ایستگاه‌های سوئیچ گاهی به صورت ایستگاه‌های جمع‌کننده و توزیع‌کننده ظاهر می‌شوند. گاهی به منظور سوئیچ جریان پشتیبان خطوط موازی در هنگام بروز خطا مورد استفاده قرار می‌گیرند. نمونه‌ای از این ایستگاه، ایستگاه Inga-Shaba است.
طراحی
بزرگترین ملاحظات در مهندسی قدرت هزینه و قابلیت اطمینان تاسیسات طراحی شده هستند. یک طراحی خوب در تلاش است تا تعادلی را بین این دو به وجود آورد تا بتواند بدون هزینه اضافی، به بیشترین قابلیت اطمینان دست پیدا کند. طراحی باید امکان توسعه شبکه را نیز در صورت نیاز نظر دارا باشد.
در انتخاب محل نصب پست الکتریکی باید به عوامل مختلفی توجه کرد. برای انتخاب محل مناسب باید به امکان دسترسی به پست برای انجام عملیات تعمیر یا نگهداری توجه کافی داشت. در منطقی که قیمت زمین بالا است (مانند مناطق شهری) استفاده از تجهیزات کوچک بسیار پراهمیت است. محل باید دارای اتاقی اضافه برای امکان توسعه پست باشد تا در صورت نیاز بتوان تجهیزات جدیدی را در آن نصب کرد. تاثیر محیطی بر کار پست نیز باید در موقع طراحی مورد توجه قرار گیرد. ملاحظات مربوط به سیستم زمین و افزایش پتانسیل باید مورد محاسبه قرار گیرد تا با استانداردها مغایرت نداشته باشد.
جانمایی
اولین قدم برای طراحی یک پست الکتریکی آماده کردن یک دیاگرام تک خطی ساده‌شده‌است که ترتیب سوئیچ‌ها و تجهیزات محافظ کننده مدار و همچنین خطوط ورودی، خروجی فیدرها یا خطوط انتقال را نشان دهد.
خطوط ورودی تقریباً همیشه دارای سکسیونر و مدارشکن قدرت (دژنکتور) هستند. در برخی موارد خط دارای هر دوی آنها نمی‌باشد و با استفاده از یک سکسیونر یا دژنکتور نیاز مدار برطرف میشود. از سکسیونرها برای جداسازی یا ایزوله کردن قسمتی از مدار استفاده میشود، زیرا این کلیدها قابلیت قطع مدار زیر بار را ندارند. از دژنکتور معمولاً برای قطع خودکار جریان‌های خطا استفاده میشود اما ممکن است برای قطع یا وصل بار نیز مورد استفاده قرار گیرد. زمانیکه یک جریان خطای بزرگ از میان دژنکتور عبور می‌کند با استفاده از یک ترانسفورماتور جریان میزان جریان تشخیص داده میشود. ممکن است از جریان خروجی ترانسفورماتور جریان به عنوان جریان تغذیه دژنکتور برای قطع مدار استفاده شود. این عملکرد موجب جدا شدن مدار معیوب از بقیه مدار میشود و این امکان را فراهم می‌کند که بقیه مدار با کمترین ضربه به کار خود ادامه دهد. دژنکتورها و سکسیونرها ممکن است به طور محلی (از داخل پست) یا از خارج به وسیله مرکز کنترل نظارتی فرمان بگیرند.
پس از سوئیچ‌ها، خطوط با ولتاژی مشخص به یک یا چند شین وصل می‌شوند. این شین‌ها معمولاً به صورت سه‌تایی مرتب شده‌اند چراکه استفاده از سیستم توزیع سه‌فازه به طور گسترده‌ای در سراسر جهان رایج است.
ترتیب استفاده از سکسیونرها، دژنکتورها و شین‌ها سیستمی را به وجود می‌آورد که به طور اختصاصی دارای محاسن و معایبی از نظر هزینه و قابلیت اطمینان است. در اصطلاح، به این ترتیب، سیستم شین‌بندی پست می‌گویند. در پستهای مهم ممکن است از سیستم شین‌بندی رینگ یا دوبل استفاده شود، به این ترتیب در این پست‌ها با بروز خطا در هر یک از خطوط شبکه می‌تواند بدون وقفه به کار خود ادامه دهد و همچنین این امکان برای شبکه به وجود می‌اید تا بدون نیاز به قطع مدار عملیات تعمیر یا نگهداری از کلیدها انجام شود. پست‌هایی که تنها برای تغذیه یک بار صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند معمولاً از کمترین میزان کلیدها و تدارکات استفاده میکنند.
زمانی که از ولتاژهای مختلفی برای وصل به شین‌ها استفاده میشود بین سطوح مختلف ولتاژ از ترانسفورماتور استفاده میشود. هر ترانسفورماتور نیز به نوبه خود دارای یک مدارشکن است تا در صورت بروز خطا در آن، بقیه مدار را از ترانسفورماتور جدا کند.
راه‌گزینی
یکی از وظایف مهم که به وسیله پست انجام میشود راه‌گزینی یا سوئیچینگ است که به معنای قطع یا وصل خطوط انتقال یا مصرف‌کننده‌ها از یا به شبکه‌است. این راه‌گزینی‌ها ممکن است از پیش برنامه‌ریزی شده باشند یا به طور اتفاقی صورت گیرند.
ممکن است نیاز باشد که خط‌های انتقال یا تجهیزات موجود در پست برای انجام تعمیرات یا عملیات گسترش مانند اضافه کردن یک ترانسفورماتور از شبکه جدا شوند. برای انجام چنین عملیاتی به هیچ وجه کل شبکه را قطع نخواهند کرد بلکه کل عملیات در طول کار شبکه صورت می‌گیرد.
در صورت بروز یک خطا در شبکه یا یک قسمت از تجهیزات موجود در پست نیز این ضرورت ایجاد خواهد شد که این قسمت از مدار جدا شود بدون آنکه تاثیری زیادی در کار دیگر قسمت‌ها داشته باشد. در این موارد وظیفه پست‌ها خواهد بود تا قسمت‌ها اسیب دیده بر اثر باد، قوس الکتریکی یا هر دلیل دیگری را از شبکه جدا کنند تا عملیات تعمیر شروع شود.
توزیع انرژی الکتریکی
مرحله توزیع یکی از مراحل انتهای تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کننده‌هاست. این بخش به طور کلی شامل خطوط ولتاژ متوسط (کمتر از ۲۰ کیلوولت)، پستهای ترانسفورمری «pole-mounted» و خطوط ولتاژ پایین (کمتر از ۱۰۰۰ ولت) میشود.
تاریخچه
در سال‌های آغازین استفاده از انرژی الکتریکی، ژنراتورهای جریان مستقیم "DC" با همان ولتاژ تولیدی به مصرف کنندهها متصل شده بودند و به این صورت تولید و انتقال برق با یک ولتاژ انجام می‌گرفت، چراکه هیچ راهی برای تغییر ولتاژ "DC" به جز تغییر ژنراتورها وجود نداشت. از آنجایی که لامپهای التهابی آن زمان تنها در ولتاژ ۱۰۰ ولت قابل استفاده بوده‌اند تنها راه ممکن تولید برق با این ولتاژ بود. همچنین در ولتاژ پایین نیاز به عایق‌کاری زیاد برای حفظ ایمنی نبود و به این صورت تولید و انتقال با ولتاژ ۱۰۰ ولت صورت می‌گرفت که موجب به وجود آمدن تلفات قابل توجه در طول خطوط میشد.
از همان ابتدا استفاده از مس به عنوان یک هادی بسیار معمول بود و این به دلیل هدایت الکتریکی و قیمت نسبتاً مناسب مس (امروزه با بالا رفتن قیمت مس از صرفه اقتصادی این فلز کاسته شده) نسبت به دیگر فلزات است. برای کاهش دادن جریان و در نتیجه کاهش میزان مصرف مس باید از ولتاژهای بالاتر در طول خطوط استفاده کرد. اما همانطور که گفته شد، هیچ روش قابل استفاده‌ای برای تغییر ولتاژ DC موجود در آن زمان وجود نداشت، بنابراین سیستم DC ادیسون به کابل‌های ضخیم و ژنراتورهای محلی نیاز داشت. فاصله آخرین مصرف کننده حداکثر باید ۱٫۵ مایل از محل تولید می‌بود تا نیازی به استفاده از هادی‌های با سطح مقطع بسیار بالا نباشد.
ابداع جریان متناوب
پذیرش جریان الکتریکی متناوب "AC" با تغییرات بنیادی در زمینه برق همراه شد، چراکه ترانسفورماتورهای الکتریکی میتوانستند ولتاژ را تغییر دهند و این، امکان افزایش طول خطوط انتقال فراهم را می‌کرد. با افزایش ولتاژ در طول خطوط، جریان الکتریکی کاهش یافته و بدین صورت، نیاز به استفاده از کابل‌های با سطح مقطع بالا و مولدهای محلی بر طرف میشد و در این صورت همچنین امکان تولید انرژی الکتریکی در فواصل دوراز مصرف کنندهها نیز فراهم میشد.
توزیع در اروپا و آمریکای شمالی
در آمریکای شمالی سیستم‌های توزیع اولیه از ولتاژ ۲۲۰۰ ولت و از سیستم ستاره با سیم نول (corner grounded delta) استفاده می‌کردند. با گذشت زمان این ولتاژ رفته رفته افزایش یافت و به۲۴۰۰ ولت رسید. با گسترش شهرها سیستم ولتاژ به ۴۱۶۰/۲۴۰۰ ولت سه فاز ارتقا یافت. گرچه بعضی از شهرها و شهرک‌ها به استفاده از این ولتاژ ادامه دادند، اما بیشتر شهرها ولتاژ را به تدریج و در مراحل Y۷۲۰۰/۱۲۴۷۰، Y۷۶۲۰/۱۳۲۰۰، Y۱۴۴۰۰/۲۴۹۴۰ و در نهایت Y۱۹۹۲۰/۳۴۵۰۰ افزایش دادند.
در انگلستان و اروپا در گذشته استفاده از سیستم ولتاژ ۳۳۰۰ ولت رایج بوده. با گذشت زمان در انگلستان ولتاژ ابتدا به ۶٫۶kV و سپس به ۱۱kV افزایش یافت.
سیستم‌های توزیع نیز در اروپا و آمریکای شمالی کاملاً متفاوت هستند. در آمریکای شمالی استفاده از تعداد زیادی ترانسفورماتور توزیع و در فواصل کم با مصرف کنندهها رایج تر است. برای مثال در ایالات متحده از یک ترانسفورماتور توزیع «pole-mounted» برای تغذیه ۱ تا ۳ خانه استفاده میشود، در حالی که در انگلستان ترانسفورماتورهای توزیع توانی بین ۳۱۵ تا ۱۰۰۰ کیلوولت‌امپر دارند و کل یک محله را تغذیه میکنند. این به دلیل استفاده از ولتاژ بالاتر در اروپاست (۴۱۵ ولت به جای ۲۳۰ ولت). چراکه با این ولتاژ امکان انتقال توان الکتریکی با تلفات قابل قبول در مسافت‌های طولانی‌تری وجود دارد. ویژگی سیستم آمریکایی این است که در صورت بروز عیب در ترانسفورماتور فقط تعداد کمی از مصرف کنندهها از مدار خارج می‌شوند و ویژگی سیستم انگلیسی در متمرکزتر بودن تراسفورماتورهاست بدین صورت تراسفورماتورها کمتر و بزرگ‌تر هستند و با راندمان بالاتری کار میکنند و این تلفات انرژی را کاهش میدهد.
توزیع و انواع شبکه‌ها
شبکههای توزیع معمولاً به دو صورت دسته‌بندی می‌شوند:
شعاعی (Radial)
اتصال یافته (Interconnected)
در شبکه شعاعی خطوط توزیع پس از جدا شدن از پست توزیع به منبع دیگری متصل نمی‌شوند. از این روش معمولاً در شبکههای روستایی با مصرف کنندههای دور افتاده استفاده میشود. از شبکههای اتصال یافته معمولاً در شهرها استفاده میشود. در این شبکه مسیرهای توزیع دارای دو یا چند اتصال به مسیرهای دیگر هستند بنابراین مصرف کنندهها چندین مسیر برای اتصال به منبع دارند.
نقاط اتصال در شبکه اتصال یافته معمولاً باز هستند. اعمال دستور بسته یا بازشدن اتصال‌ها معمولاً به وسیله «دیسپاچینگ» صورت می‌گیرد. کارایی این اتصال‌ها معمولاً در مواقع بروز مشکل در خط مشخص میشود. در صورتی که قسمتی از خط به علت خرابی غیر قابل استفاده باشد به وسیله وصل و قطع تعدادی از اتصال‌ها می‌توان قسمت معیوب را از بقیه قسمت‌ها جدا کرده و دیگر قسمت‌ها را تغذیه نمود. هر یک از خطوط جدا شده از پست توزیع دارای کلید مدارشکن (دژنکتور) برای قطع مدار در موقع بروز اشکال هستند.
ممکن است در داخل هر شبکه انواع مختلفی از خطوط مثل خطوط هوایی یا کابلی وجود داشته باشد. البته استفاده از خطوط کابلی در کشورهای پیشرفته درحال افزایش است چراکه در این خطوط کابل‌ها در مسیر دیده نمی‌شوند و این کمک شایانی به افزایش معیارهای زیبایی به ویژه در شهرهای بزرگ با شبکههای توزیع درهم پیچیده می‌کند. اما با این حال قیمت تمام شده برای ایجاد خطوط کابلی به مقدار قابل توجهی از خطوط هوایی بیشتر است، تکنولوژی احداث آنها بالاست و همچنین این خطوط از نظر قیمت و راحتی تعمیر و نگهداری نیز با خطوط هوایی قابل مقایسه نیستند و این بزرگترین مانع برای گسترش این خطوط در کشورهای در حال توسعه‌است.
خصوصیات برق تحویلی به مصرف کنندهها به صورت یک تعهد از طرف تولیدکننده بوده وثابت است. برخی از خصوصیات شبکه عبارت‌اند از:
امروزه تمامی منابع و ژنراتورهای الکتریکی AC هستند. مصرف کننده‌هایی که از انرژی الکتریکی به صورت DC و در مقادیر بالا استفاده میکنند مانند برخی از راه‌آهن‌های برقی، مراکز تلفن و یا بعضی صنایع مانند صنایع ذوب آلمینیوم باید از ژنراتورهای DC یا تجهیزات یکسوساز استفاده کنند.
ولتاژ تحویلی شامل تلرانس نیز میشود(معمولاً حدود ۱۰ درصد)
فرکانس معمول تولیدی ۵۰ یا ۶۰ هرتز است. در حالی که در بعضی خطوط راه‌آهن برقی از فرکانس ۱۶-۲/۳ Hz و در بعضی از صنایع و معادن از ۲۵ Hz استفاده میشود.
پیکره‌بندی فازها، که شامل تک فاز و چند فاز (شامل دو یا سه فاز) میشود.
مصرف کنندهها نیز باید دارای خصوصیات خاصی در شبکه باشند به طوریکه انحراف از این خصوصیات برای تولید کننده زیانبار است بنابراین برای انحراف از برخی از این خصوصیات جریمه در نظر گرفته شده:
حداکثر بار، که با توجه میزان حداکثر مصرف در دوره‌ای مشخص تعیین میشود.
ضریب بهره خط انتقال (نسبت بار نامی به حداکثر بار در یک دوره زمانی)، که نشان دهنده درجه بهروری از تجهیزات خط است(هرچه این ضریب به یک نزدیکتر باشد بهره‌وری تجهیزات خط بالاتر است).
ضریب توان بار اتصال یافته که نسبت توان اکتیو مصرف شده توسط بار به توان راکتیو آن است.
سیستم زمین کردن (Earthing) که می‌تواند TT، TN-S، TN-C-S یا TN-C باشد.
حداکثر جریان اتصال کوتاه
بیشترین میزان و فرکانس جریان لحظه‌ای
انتقال انرژی الکتریکی
فرایند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرایند معمولاً شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولید کننده به پستهای 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. انتقال انرژی الکتریکی به ما اجازه میدهد تا به سادگی و بدون پذیرفتن هزینه حمل سوختها و همچنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوختها در نیروگاه، از انرژی الکتریکی بهره بگیریم. حال آنکه در بسیاری موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیر ممکن است و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است.
به علت زیاد بودن میزان توان مورد بحث، ترانسفورماتورها کمابیش در ولتاژهای بالایی کار میکنند(۱۱۰ کیلوولت یا بیشتر). انرژی الکتریکی معمولاً در فواصل دراز به وسیله خطوط هوایی انتقال مییابد. از خطوط زیر زمینی فقط در مناطق پر جمعیت شهری استفاده میشود و این به دلیل هزینه بالای راهاندازی و نگهداری و همچنین تولید توان راکتیو اضافی در این گونه خطوط است.
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 چراکه بیشتر تجهیزات مورد نیاز در این ولتاژها با تجهیزات ولتاژ پایین کاملاً متفاوتند.
تاریخچه
سالها پیش یعنی در سال‌های آغازین بهره گیری از انرژی الکتریکی، انتقال توان با همان ولتاژمصرف 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 آنجا که انواع مختلف مصرف کنندهها مثل لامپها یا موتورها نیازمند ولتاژهای مختلفی بودند برای هر یک باید از ژنراتوری جداگانه استفاده میشد که این خود امکان استفاده از یک شبکه بزرگ برای تغذیه کلیه مصرف کنندهها را از بین می‌برد.
در جلسه گروه AIEE در ۱۶ می۱۸۸۸ نیکولا تسلا مقالهای را با نام «سیستم جدید موتورها و ترانسفورماتورهای متناوب» ارایه کرد و به بیان مزایای استفاده از این سیستم پرداخت. مدتی بعد شرکت «وستینگ هوس» پیشنهاد ساخت اولین سیستم جریان متناوب را داد.
با استفاده از ترانسفورماتور امکان اتصال مولدها به خطوط انتقال ولتاژ بالا و همچنین امکان اتصال خطوط ولتاژ بالا به شبکههای محلی توزیع فراهم شد. با انتخاب فرکانسی مناسب امکان تغذیه انواع بارها از جمله روشناییها و موتورها ایجاد میشد. مبدل‌های گردان و بعدها لامپهای قوس جیوه و دیگر یکسو کنندههای جریان امکان اتصال مصرف کنندههای DC را با استفاده از یک نوع یکسو ساز به شبکه مهیا می‌ساختند. حتی مصرف کنندههای با فرکانسهای متفاوت هم میتوانستند با استفاده از مبدل‌های گردان به شبکه متصل شوند. با استفاده از نیروگاههای متمرکز برای تولید برق همچنین امکان صرفهجویی به وسیله تولید انبوه فراهم شد و ضریب بار در هر نیروگاه امکان تولید با راندمان بالاتر را نیز ایجاد کرد به طوریکه امکان استفاده از برق با قیمت کمتری برای مصرف کنندهها فراهم شد. بدین ترتیب امکان به وجود آمدن یک شبکه بزرگ برای تغذیه انواع مختلفی از مصرف کنندهها پدید آمد.
با استفاده از نیروگاههای چند برابر بزرگ‌تر که به منطقه بزرگی اتصال داده شده بودند، قیمت تمام شده تولید برق کاهش یافت و امکان استفاده از نیروگاههای با راندمان بالاتر فراهم شد که میتوانستند بارهای مختلف را تغذیه کنند. همچنین بدین ترتیب ثبات تولید برق افزایش پیدا کرد و هزینه سرمایه گذاری در این بخش کاهش یافت و در نهایت امکان استفاده از منابع انرژی دور افتاده مثل نیروگاههای هیدروالکتریک و یا زغال سنگ معادن دور دست، بدون نیاز به پرداخت هزینه حمل و نقل سوختها فراهم شد.
در خطوط انتقال ابتدایی از مقره‌های «pin-and-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 درحال 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، چراکه 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.
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.
اچ‌وی‌دی‌سی
انتقال با جریان مستقیم یا اچ‌وی‌دی‌سی 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 بی ثباتی 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.
خط 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 آنجایی 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 نگهداشتن کابل‌ها استفاده میشود می‌توانند از جنس چوب، فولاد، بتون، آلمینیوم و در برخی موارد پلاستیک مسلح باشند. به طور کلی کابل‌ها مورد استفاده در خطوط هوایی از جنس آلمینیوم 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.
در سرزمین پرشیا (ایران) بیش از هفت قرن پیش، آثار ارزشمندی همچون رباعیات عمر خیام و شاهنامه فردوسی تدوین شده که نشانگر وجود تحلیل‌های سیاسی در ادبیات آن زمان ایران است، این دو اثر تاریخی در برگیرنده مفاهیم عمیق سیاسی هستند. در همین زمان پیروان ارسطو از قبیل ابوعلی سینا و سپس ابن میمون و ابن رشد به تداوم سنت ارسطو در تحلیل سیاسی همت گماشتند و تفسیرهایی بر آثار وی نوشتند. البته ابن رشد به هیچ کتابی از ارسطو دسترسی نداشت و فقط تفسیری بر کتاب جمهوریت افلاطون نوشت.
رونسانس
در زمان رونسانس ایتالیایی، نیکولو ماکیاولی، گونهٔ مدرن علم سیاست را پایه ریزی کرد و تاکید را بر مشاهدهٔ مستقیم تجربی کنش گران و نهادهای سیاسی قرار داد. ماکیاولی همچنین یک واقع گرا بود و بحث می‌کرد که حتا اگر شر به برپایی یک دولت و رژیم خوب و مفید بینجامد باید در معنای آن بازنگری شود. از این رو وی همچنین مخالف استفاده از الگوهای ایده‌آل گرا در علم سیاست بود و امروزه وی را به عنوان پدر الگوی سیاسی در علم سیاست می‌شناسند. بعد ترها تغییر در گفتمان علم سیاست در دوران روشنگری باعث شد تا مطالعات سیاسی حتا فرای این نورم‌های معمول انجام شود.
روشنگری
کارهای فیلسوفان فرانسوی در این دوره همچون ولتر، روسو و دیدرو در این زمان نمونهٔ کامل و معیار خوبی برای تحلیل‌های سیاسی، علوم اجتماعی، و نقدهای سیاسی و اجتماعی به شمار می‌رود. تاثیر آنها بر اجتماع فرانسه منجر به وقوع انقلاب فرانسه شد و نهایتن باعث پدید آمدن و توسعهٔ دموکراسی‌های مدرن در جای جای جهان شد.
همچنان ماکیاولی، توماس هابز، که به خاطر نظریهٔ خویش دربارهٔ قرارداد اجتماعی به خوبی شناخته شده است، نیز اعتقاد داشت که یک قدرت مرکزی نیرومند، مانند پادشاهی، برای ادارهٔ خودخواهی ذاتی افراد نیاز است، البته هیچ کدام از این دو نفر به حق‌الهی پادشاه معتقد نبودند. در طرف دیگر جان لاک قرار داشت که کتاب دو رساله دربارهٔ حکومت را نوشت و به الهی بودن منشا پادشاه معتقد نبود، با پذیرش نظریهٔ ارسطو در طرف آکویناس و علیه ماکیاولی و هابز ایستاد و گفت انسان به عنوان یک حیوان اجتماعی به دنبال شاد زندگی کردن در یک دولتی است که بر پایهٔ هماهنگی اجتماعی تاسیس شده است. اما بر خلاف نظریهٔ اصلی آکویناس دربارهٔ رهایی روح انسان از گناه اولیه، لاک معتقد بود که انسان‌ها با ذهنی ساده و پاک و بدون هیچ تاثیری به این دنیا پا گذاشته‌اند. بر طبق نظر لاک، از منظر حقوق طبیعی که بر پایهٔ منطق و برابری پایه ریزی شده و به دنبال آرامش و نجات انسان است، وجود یک حاکم مطلق که توسط هابز معرفی شده بود، غیر ضروری و نالازم است. در این دوره دیگر دین نقش خاصی را در عرصهٔ علم سیاست بازی نمی‌کرد. و دریافته شد که باید جدایی بین کلیسا و دولت انجام گیرد. دانشمندان علوم انسانی نیز به این نتیجه رسیدند که اصول جاری در علوم تجربی نیز می‌تواند دربارهٔ علوم اجتماعی نیز اعمل شوند و این امر باعث تشکیل علوم اجتماعی در معنای مدرن آن شد. در نتیجه سیاست هم باید در آزمایشگاه خود مورد مطالعه و بررسی قرار می‌گرفت که همانا آزمایشگاه سیاست اجتماع بود. در ۱۷۸۷ الکساندر همیلتون نوشت: "علم سیاست مانند بسیاری از علوم دیگر با پیشرفت شایانی مواجه شده است." دیگر دانشمندان دورهٔ روشنگری هم همگی سیاست را یک علم می‌دانستند.
دیگر چهره‌های مهم در سیاست امریکا که در دورهٔ روشنگری نیز نقش به سزایی داشتند، بنجامین فرانکلین و توماس جفرسون بودند.
علم سیاست مدرن
از آنجا که علم سیاست اساسن مطالعهٔ رفتار انسان است، در تمام زمینه‌های این علم، مشاهدات در محیطی کنترل شده انجام می‌یابند، چرا که با تغییر محیط و ورود دیگر متغیرها به این مشاهده نتایج دست کاری شده و به مشاهدهٔ واقعی نمی‌رسیم و روش‌های تجربی هم به طور روزافزونی جای خود را در این علم باز کرده‌اند. به این خاطر دانشمندان علم سیاست در طول تاریخ همیشه به دنبال مطالعه از طریق مشاهدهٔ رفتار نخبگان سیاسی، نهادها و افراد یا گروه‌ها بوده‌اند تا بتوانند الگوهای کلی مناسبی را که بتوان نظریه‌های سیاسی را بر روی آنها استوار کرد، ارائه دهند.
همانند تمام شاخه‌های علوم اجتماعی، علم سیاست با دشواری‌های مشاهده اعمال و رفتارهای انسانی رو به روست، چرا که رفتار انسانی تنوع و گوناگونی فراوانی دارد و انسان‌های متفاوت در موقعیت‌های مشابه دست به انتخاب‌های متمایزی می‌زنند و این امر مانند مطالعهٔ بدن انسان در زیست‌شناسی و یا اشیاء ثابت در علم فیزیک نیست. علی‌رغم این دشواری‌ها، علم سیاست معاصر توسط روش‌های متعدد و رویکردهای نظری گوناگون پیشرفت و توسعه یافته است. اغلب بر خلاف رسانه‌های ملی، دانشمندان علوم سیاسی در صدد تحلیل و بررسی یک موضوع در طولانی مدت هستند و معمولن دربارهٔ رخدادهای حال حاضر به تحلیل‌های عمیق و ارائهٔ نظریه‌های جدید نمی‌پردازند.
حضور علم سیاست به عنوان یک رشتهٔ دانشگاهی توسط دانشگاه‌های مشخصی که این رشته را در نظام آموزشی خود با همین عنوان جای دادند، به اواخر قرن نوزدهم باز می‌گردد. یعنی آن گونه که اندیشمندانی در این رشته تربیت شوند و تا دورهٔ دکترا بتوانند به ادامهٔ تحصیل بپردازند. در این میان تاریخچهٔ غنی سیاست هم به دانشگاهی شدن و تدوین واحدهای درسی آن کمک کرد و باعث شد تا رویکردهای متنوعی در تدریس این رشتهٔ جدید التاسیس ایجاد شود.
انقلاب رفتارگرایانه و نهاد گرایی جدید
در دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ انقلابی رفتارگرایانه در این علم پدید آمد که تاکید داشت بر دقت در مطالعهٔ علمی رفتار افراد و گروه‌های مورد نظر در این رشته. منظور از آن این بود که تمرکز بر روری مطالعهٔ رفتار سیاسی باشد به جای اینکه مطالعه بر نهادها و تفسر متون حقوقی صورت پذیرد. این رویکرد در کار افرادی چون رابرت دال، فیلیپ کانورس و در همکاری با پائول لازارسفلد جامعه‌شناس دیده میشود.
در اواخر دههٔ شصت و اوایل دههٔ هفتاد شاهد استفاده از روش قیاسی در این رویکرد هستیم که با به کار گیری تکنیک‌های آن سعی در فراهم آوردن شیوهٔ بیشتر تحلیلی در این رشته داشت. در این دوره تلاش‌هایی برای مطالعهٔ رفتارشناسانهٔ اقدامات اقتصادی به منظور درک نهادهای سیاسی هستیم. ویلیام اچ ریکلر و همکاران و شاگردانش در دانشگاه روچستر اصلی ترین مدافعان این رویکرد بودند.
پیشرفت‌های اخیر
در سال ۲۰۰۰ جنبش پرسترویکا در علم سیاست به عنوان عکس العملی علیه حمایت از جنبشی که ریاضی سازی علم سیاست نامیده میشد، پا به عرصهٔ وجود گذاشت. آنها که در صدد معرفی این جنبش بودند بحث می‌کردند که گوناگونی روش‌ها و رویکردها در علم سیاست نیاز است ولی نباید به گونه‌ای شود که جا برای رویکردهای جدید باقی نماند.
نظریه‌های تکامل یافتهٔ روانشناسی بحث میکنند که انسان دچار تحول‌های بسیاری در شیوهٔ اندیشندن و زندگی روانی خود شده که باعث نگاهی متفاوت به سیاست و در این زمینه نیز میشود. این رویکرد توضیحی است برای درک بسیاری از ویژگی‌های نظام مند شناختی و مبنای سیاست حال حاضر دنیا.
زیر شاخه‌ها
بیشتر اندیشمندان و دانشمندان علم سیاست در یکی یا بیشتر از این پنج شاخهٔ این رشته مشغول به کار و مطالعه هستند:
سیاست تطبیقی، شامل مطالعات منطقه‌ای
روابط بین‌الملل
فلسفهٔ سیاسی
ادارهٔ عمومی
حقوق عمومی
بعضی از دانشکده‌های علم سیاست نیز همچنین از متدلوژی‌های گوناگونی استفاده میکنند و بعضن رشته‌های مختلف دیگری را به این زیر شاخه‌ها اضافه کرده‌اند و زیر شاخه‌های جزئی تری را شکل داده‌اند، مانند مطالعهٔ سیاست داخلی کشوری خاص. در تضاد با این طبقه بندی سنتی، بعضی از دانشگاه‌ها رشته‌های جزئی تر دیگری را نیز تاسیس کرده‌اند مانند رفتار سیاسی (که شامل نظریات مردم، اقدامات جمعی و... است) و نهادهای سیاسی (شامل مجلس قانون گذاری و سازمان‌های بین‌المللی). کنفرانس‌های علم سیاست و نشریات آن اغلب بر دسته بندی‌های مشخص تر و جزئی تری تاکید دارند. برای مثال انجمن علم سیاست امریکا چهل و دو رشتهٔ نظام یافته را با روش‌ها و عناوین متفاوت برای این علم معرفی کرده است.
علم پایه
علم پایه یا علم بنیادی (به انگلیسی: Fundamental science)، مجموعه علومی است که به بررسی بنیادین پدیده‌ها یا بررسی ماهیت، قوانین و روابط حاکم بین آنها می‌پردازد.
از بارزترین این علوم می‌توان به ریاضیات، شیمی، فیزیک، فلسفه، منطق، زیست‌شناسی، زبان‌شناسی و زمین شناسی اشاره نمود.
علوم پایه، زیربنای اصلی سایر دانش‌ها محسوب میشود و به همین دلیل در مواقعی به کل علم (به انگلیسی: Science) تعمیم داده می‌شوند.
علوم وب
علوم وب (Web science) به آن دسته از تلاش‌ها و مطالعات علمی اطلاق میشود که به منظور صوری‌سازی و یکپارچه‌نمایی ابعاد گوناگون اجتماعی و مهندسی کاربردهای مبتنی بر همکاری تحت شبکههای بزرگ‌مقیاس محاسباتی همچون وب جهان‌شمول صورت می‌گیرد.
الکترونیک
الکترونیک دانش مطالعهٔ عبور جریان الکتریکی از مواد مختلف - مانند نیمه‌رساناها، مقاومت‌ها، القاگرها و خازن‌ها - و آثار آن است. الکترونیک همچنین به عنوان شاخه‌ای از فیزیک نظری شناخته میشود. طراحی و ساخت مدارهای الکترونیکی برای حل مشکلات عملی، قسمتی از مباحث موجود در مهندسی الکترونیک را تشکیل میدهد.
در برخی موارد مطالعه المانهای جدید نیمه‌رسانا و فن‌آوری‌های نزدیک به آن، شاخه‌ای از فیزیک در نظر گرفته میشود. این مقاله بیشتر به مفاهیم مهندسی الکترونیک می‌پردازد.
ادوات و مدارهای الکترونیکی
مدارهای الکترونیکی برای ایفا کردن وظایف مختلفی استفاده می‌شوند. کاربردهای اصلی مدارهای الکترونیکی عبارتند از:
۱) کنترل و پردازش داده‌ها
۲) تبدیل و توزیع توان الکتریکی
۳) اجرای عملیات خاص
هر ردیف این کاربردها با ایجاد و آشکارسازی میدان الکترومغناطیسی و جریان الکتریکی سرو کار دارند. گرچه از انرژی الکتریکی در سال‌های انتهایی قرن ۱۹ برای انتقال پیام به وسیله تلگراف و تلفن استفاده میشد اما بیشتر پیشرفت‌های مربوط به علم الکترونیک پس از ساخت رادیو شکل گرفت. در یک نگاه ساده، یک سیستم الکترونیکی را می‌توان به سه بخش تقسیم کرد:
ورودی: حسگرهای الکترونیکی و مکانیکی (یا مبدل‌های انرژی). این تجهیزات سیگنال‌ها یا اطلاعات را از محیط خارج دریافت کرده و سپس آنها را به جریان، ولتاژ یا سیگنال‌های دیجیتال تبدیل میکنند.
پردازشگر سیگنال: این مدارها در واقع وظیفه اداره کردن، تفسیر کردن و تبدیل سیگنال‌های ورودی برای استفاده آنها در کاربرد مناسب را بر عهده دارند. معمولاً در این بخش پردازش سیگنال‌های مرکب بر عهده پردازشگر سیگنال‌های دیجیتال است.
خروجی: فعال کنندهها یا دیگر تجهیزات (مانند مبدل‌های انرژی) که سیگنال‌های ولتاژ یا جریان را به صورت خروجی مناسب در خواهند آورد (برای مثال با ایفای یک وظیفه فیزیکی مانند چرخاندن یک موتور).
برای مثال یک تلویزیون دارای هر سه بخش بالا است. ورودی تلویزیون سیگنال‌های پراکنده شده را دریافت کرده (به وسیله یک آنتن یا کابل) و آنها را به ولتاژ و جریان مناسب برای کار دیگر تجهیزات تبدیل می‌کند. پردازشگر سیگنال پس از دریافت داده‌ها از ورودی اطلاعات مورد نیاز مانند میزان روشنایی، رنگ و صدا را از آن استخراج می‌کند. در نهایت قسمت خروجی این اطلاعات را دویاره به صورت فیزیکی در خواهد آورد این کار به وسیله یک لامپ اشعه کاتدیک و یک بلندگوی آهنربایی انجام خواهد شد.
تاریخچه قطعات الکترونیکی
لوله های خلاء (سوپاپ گرمایونی) یکی از اولین قطعات الکترونیکی بودند. آنها الکترونیک را تا اواسط از دهه 1980 میلادی تحت سلطه داشتند. از آن زمان به بعد ، قطعات حالت جامد بیشتر دنیای الکترونیک را در دست گرفتند.با این حال لوله های خلاء هنوز هم در برخی از دستگاه های تخصصی مانند تقویت کننده های قدرت بالا RF، لامپهای پرتوی کاتدی، تجهیزات صوتی تخصصی، تقویت کننده های گیتار و برخی از دستگاه های مایکروویو استفاده می شوند.
انواع مدارات الکترونیکی
مدارات و قطعات را می توان به دو گروه تقسیم کرد : آنالوگ و دیجیتال. یک دستگاه الکترونیکی ممکن است که از یک نوع و یا ترکیبی از این دو نوع تشکیل شده باشد.
آنالوگ
اغب دستگاههای الکترونیکی آنالوگ ، مانند گیرنده‌های رادیویی ، از ترکیبی از چند مدار اولیه ساخته شده‌اند. مدارهای آنالوگ از رنج متناوبی از ولتاژ بر خلاف مدارهای دیجیتال که از دو سطح ولتاژ استفاده می کنند، بهره می برند.
مدار الکتریکی
مدارهای الکتریکی از به‌هم پیوستن المانهای الکتریکی یا غیر فعال (مقاومت، خازن، سلف، لامپ، و ...) یا المانهای الکترونیکی یا فعال (دیود، ترانزیستور، IC، و ...) یا ترکیبی از آن دو بوجود می‌آید به طوری که حداقل یک مسیر بسته را ایجاد کنند و جریان الکتریکی بتواند در این مسیر بسته جاری شود.
اگر عناصر تشکیل دهندهٔ مدار الکتریکی باشند، مدار الکتریکی نامیده میشود، و اگر عناصر الکتریکی و الکترونیکی باشند، مدار الکترونیکی است .
هر مدارالکتریکی از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:
یک منبع تغذیه‌الکتریکی مانند باتری یا ژنراتور
سیم‌های رابط: سیم‌ها یا نوارهای ارتباط دهنده مدار، از یک ماده رسانای الکتریسیته خوب مانند مس تشکیل می‌شوند.
مصرف کننده یا بار: وقتی می‌گوییم یک مدار الکتریکی تشکیل شده است، که اتصال دهنده‌ها و سایر قطعات، یک حلقه بسته را بوجود آورده باشند. تنها در این صورت است که جریان برق برقرار میشود.
المانهای مداری: همچون خازن، مقاومت، سلف، ترانسفورماتور، دیود
تولید انرژی الکتریکی
تاریخچه
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 تامین 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
نیروگاه
نیروگاه مجموعه‌ای از تأسیسات صنعتی است که برای تولید انرژی الکتریکی از آن استفاده میشود. نیروگاه‌ها بسته به نوع تکنولوژی به کار رفته در آنها 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 تامین میشود و غالیا به منظور ایجادحداکثر راندمام و حداقل نمودن هزینه هاوهمچنبن میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی در آن منطقه و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد.
توربین‌ها
امروزه توربین‌های متصل به ژنراتورهای الکتریکی بیشترین حجم انرژی الکتریکی را تولید میکنند. توربین‌ها به وسیله یک سیال به چرخش درمی‌آیند که نقش واسطه حامل انرژی را ایفا می‌کند. در این میان سیال‌های زیر به دلیل داشتن خصوصیات مناسب بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند:
بخار: ابتدا آب به وسیله حرارت تولید شده از شکافت هسته‌ای و یا سوختن سوختها (زغال سنگ، گاز طبیعی و یا نفت) به جوش می‌آید و سپس از این بخار برای به حرکت درآوردن پره‌های توربین استفاده میشود. در بعضی از نیروگاه‌ها جدید از انرژی خورشیدی برای تامین انرژی استفاده میشود. در این روش از صفحات خورشیدی مخروطی شکل برای متمرکز کردن نور خورشید و به جوش آوردن آب استفاده میشود. از روش‌های جدید دیگری که برای تامین انرژی برای گرم کردن آب به کار می‌رود می‌توان به استفاده از انرژی زمین گرمایی نیز اشاره کرد.
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 تامین گردد.
باد: بیشتر توربین‌های بادی انرژی خود را از حرکت طبیعی باد به دست می‌آورند. اما در بعضی توربین‌ها فشار باد به صورت مصنوعی از طریق انرژی نور خورشید و یا سوختن سوختها به وجود می‌آید.
گازهای داغ: در این حالت توربین‌ها به طور مستقیم به وسیله گازهای تولیدی از سوختن سوخت‌های فسیلی به حرکت در می‌آیند.
توربین‌های گازی مرکب انرژی خود را به طور همزمان از آب و فشار گاز می‌گیرند. در این نیروگاه‌ها انرژی مورد نیاز به وسیله سوختن گاز طبیعی و از طریق گازهای داغ در یک توربین گازی تامین می‌گردد و از مازاد انرژی برای گرم کردن آب و تبدیل بیشتر انرژی استفاده میشود. راندمان این نیروگاه‌ها معمولاً بالاتر از ۶۰٪ است.
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.
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 بسیار 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. همچنین راندمان پایین سلول‌های خورشیدی سیلیکونی (نزدیک به ۳۰٪) استفاده از آنها 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.
بازار برق
بازار برق سیستمی است برای خرید و فروش برق به صورت عرضه و تقاضا که به منظور تعیین قیمت برق برپا میشود. در ساختار جدید صنعت برق، بر خلاف ساختار قدیم آن که مدیریت تولید، توزیع و انتقال، مدیریتی واحد بود، سیستم‌های نامبرده به صورت مستقل عمل میکنند. در این میان بازار برق به عنوان واسطی بین سیستم‌های مذکور عمل خواهد کرد و ساختار اقتصادی صنعت برق را به چهار بخش عمده‌فـروش، ترانزیـت، خریـد عمـده و خـرده‌فروش تقسیم مینماید.
بازار عمده‌فروشی برق
در بازار عمده‌فروشی، مالکین نیروگاه‌ها برق تولیدی خود را در بازار ارائه می‌نمایند. برخی از اطلاعاتی که مالکان نیروگاه‌ها باید به بازار اعلام کنند به شرح زیر است:
قابلیت تولید ابراز شده
قابلیت تولید قابل گسیل با تعیین اثرات هر یک از محدودیتها
متوسط هزینه متغیر تولید واحد نیروگاهی
ظرفیت اختصاص یافته به ترانزیت (به تفکیک)، همراه با سایر اطلاعات مربوطه (همچون نیاز مصرف مصرف‌کننده برای همان ساعت، قدرت قراردادی ترانزیت و مشخصات عرضه‌کننده و مصرف‌کننده)
اولویت نسبی ترانزیت(ها) در اعمال خاموشی و یا مدیریت مصرف
نرخ پیشنهادی انرژی تولیدی واحد نیروگاهی مزبور (برای باقی‌مانده ظرفیت واحد نیروگاهی تا سقف قابلیت تولید ابراز شده) و برای هر ساعت از هر روز
که این اطلاعات باید تا ساعت ۹ صبح سه روز قبل، به مدیریت بازار اعلام شوند. سپس مدیریت بازار با استفاده از این اطلاعات، تا ساعت ۱۲ روز قبل از عرضه، پذیرش و یا عدم پذیرش هر واحد نیروگاهی برای تولید انرژی را به مالک نیروگاه اعلام مینماید و در کنار آن اطلاعات زیر به وی عرضه میشود:
نرخ پذیرفته شده انرژی تولیدی آن واحد نیروگاهی
برآورد نیاز ساعت به ساعت شبکه به انرژی برای هر واحد نیروگاهی
محدودیت‌های ناشی از انتقال
محدویتهای ترانزیت
حوادث قهریه
قابلیت تولید ابراز شده
ظرفیت تولیدی است که فروشنده تنها با در نظر گرفتن مشکلات هر واحد نیروگاهی و شرایط محیطی و بدون در نظـرگرفتن اثرات محدودیت‌های خارج از مسئولیت خود (از قبیــل محدودیت انتقال، حــوادث قهریـه و دسـتورات مرکـز)، آن را تعیین و به مدیر بازار اعلام مینماید.
قابلیت تولید قابل گسیل
ظرفیت تولیدی است که فروشنده با در نظر گرفتن اثرات تمام عوامل موثر بر تولید برق مانند شرایط محیطــی و محدودیت‌های خارج از مسئولیت خود و مشکلات فنــی واحـد نیروگاهی، برآورد و به مدیر بازار و مرکز اعلام مینماید. مرکز بر این اساس و سایر محدودیتها، قابلیت تولیــد قـابل گسیل را تعیین (قطعی) خواهد نمود.
بازار خرده‌فروشی برق
بازار خرده فروشی برق قسمتی از بازار برق است که اجازه میدهد افرادی در آن به عنوان واسطه عمل کرده و برق مورد نیاز مصرف کنندگان را خریداری کنند و در اختیار مصرف کنندگان خرد و جزئی قرار دهند. این بازار اختیار مشتریان را بیشتر کرده و به آنان اجازه میدهد تامین‌کنندهٔ برق خود را انتخاب کنند. البته این بازار اختیار فروشندگان را نیز گسترش خواهد داد.
خرده‌فروشان که در این بازار به عنوان واسطه عمل میکنند، برق مورد نیاز خود را از بازار عمده‌فروشی و با توجه به پیشنهادهای تولیدکنندگان خریداری می‌نمایند. نقش بازار عمده فروشی صدور اجازهٔ انجام معاملات بین تولیدکنندگان، خرده‌فروشان و سایر واسطه‌ها برای تحویل کوتاه مدت برق و یا برای تحویل آن در آینده است.
ریسک حجم
در بازار خرده‌فروشی برق، پیش‌بینی میزان دقیق مصرف و تولید ناممکن است، مثلاً نمی‌توان میزان مصرف مصرف کنندگان در چند روز آینده را دقیق پیش‌بینی کرد، یا نمی‌توان کمبود سوخت و اشکالات فنی نیروگاه را پیش‌بینی نمود، بنابراین ممکن است گاهی میزان خرید خرده‌فروشان از میزان مصرف کمتر باشد که این امر (یعنی بیشتر بودن تقاضا نسبت به عرضه) ممکن است منجر به ناپایداری شدید قیمت‌ها شود. برای خنثی کردن مشکلات احتمالی ناشی از این پدیده، که اصطلاحاً به آن ریسک حجم گفته میشود، بین خرده‌فروشان و عمده‌فروشان قراردادهایی منعقد میشود که روش اجرای این قراردادها با توجه به آداب رسوم منطقه‌ای و ساختار بازار برق متفاوت است.
بازار توان راکتیو
برای حفظ پایداری شبکههای قدرت و انتقال توان مطمئن، افزون بر تامین توان اکتیو نیاز به تامین توان راکتیو نیز می‌باشد که برای بهبود ایمنی سیستم بایستی توسط بهره بردار سیستم قدرت بصورت بهینه تأمین گردد. یکی از اهداف بازار توان راکتیو تثبیت ولتاژ در شبکه است.
بازار توان راکتیو ایران از ابتدای تیرماه ۱۳۸۶ فعال شده است.
قدرت بازار
در متون اقتصادی از قدرت بازار به عنوان توان عوامل بازار در تاثیرگذاری بر قیمت کالا در بازار (در جهت کسب منافعی بیشتر از شرایط رقابت کامل) یاد میشود. بنابراین یکی از حالات قدرت بازار این است که واحدهای تولیدی بتوانند قیمت‌ها را بیش از سطح رقابتی آن بالا ببرند. اما قدرت بازار تنها به قدرت عرضه کننده محدود نمی‌شود بلکه در شرایطی تقاضاکنندگان نیز دارای قدرت بازار می‌شوند. باید توجه داشت که قدرت بازار یک پدیدهٔ طبیعی مبتنی بر رفتار عقلایی عوامل بازار است چرا که فرض بر این است که عوامل بازار همواره در صدد بالا بردن منافع خود هستند. جلوگیری از ایجاد زمینه‌های قدرت بازار از وظایف طراح بازار می‌باشد.
بازار برق ایران
بازار برق ایران کار خود را رسماً از تاریخ ۱ آبان ۱۳۸۲ آغاز نمود. این بازار یکی از زیرساخت‌های لازم برای خصوصی‌سازی شمرده میشود. در همین راستا بورس انرژی کار خود را از اسفند ۱۳۹۱ آغاز کرد و قرار است در آیندهٔ نزدیک مشترکان نیز بتوانند برق را مستقیماً از از بورس خریداری کنند.
حلقه زمین (برق)
در یک سامانه الکتریک، حلقه زمین معمولا به جریان ناخواسته‌ای گفته میشود که در رسانایی که دو نقطه را به هم وصل می‌کند و اصولا باید هم پتانسیل باشند به راه می‌افتد. این نقطه‌ها که معمولا زمین هستند باید صفر ولت باشند ولی اختلاف ولتاژ ناچیزی با صفر، پیدا میکنند. حلقه‌ی زمینی که با طراحی نامناسب و یا نصب نادرست قطعات سیستم پیدا میشود منجر به تولید نویز و تداخل در سیستم‌های صوتی، تصویری میشود.
در شکل زیر در حالت ایده‌آل باید مقاومت Rg صفر اهم یاشد ولی چون این مقدار، صفر نیست، Vout تابعی از V۱ میشود که این یعنی کار مدار سمت چپ بر کار مدار سمت راست تاثیر می‌گذراد و دو مدار دچار تداخل می‌شوند.
خفه کن
در الکترونیک چوک یا خفه کن القاگری است که برای مسدود کردن فرکانسهای بالاتر جریان متناوب AC در یک مدار الکتریکی استفاده می شود، به گونه ای که فرکانس های پایین تر و یا جریان مستقیم DC عبور می کند.یک چوک معمولاً شامل یک سیم پیچ الکتریکی است.
ریزشبکه
یک ریزشبکه (Micro grid) معمولاً شامل مجموعه‌ای از منابع تولید پراکنده، سیستم ذخیره انرژی و بارها می‌باشد که می‌تواند به صورت اتصال به شبکه و عملکرد جزیره‌ای مورد بهره‌برداری قرار گیرد، ریزشبکه دارای منافع زیادی هم برای مصرف کننده و هم برای شرکت‌های تولید برق خواهد داشت، از دید مصرف‌کننده ریزشبکه قابلیت فراهم ساختن همزمان برق و حرارت، افزایش قابلیت اطمینان، کاهش انتشار گازهای گل‌خانه‌ای، بهبود کیفیت توان و کاهش هزینه‌های مصرف را دارد و از دید شرکت‌های برق بکارگیری ریزشبکه‌ها پتانسیل کاهش دیماند مصرفی و بنابراین کاهش تسهیلات توسعه خطوط انتقال و علاوه بر آن عامل حذف نقاط اوج مصرف خواهد بود که در نتیجه از تلفات شبکه نیز کاسته میشود.
ژنراتور هسته‌ای (نیروگاه)
ژنراتور هسته‌ای دستگاهی در نیروگاههای اتمی است که با همراهی مواد و رآکتورهای هسته‌ای، برق تولید می‌کند. البته نوع قابل حمل هم دارد و بعضا در ساخت بمب هم از آن استفاده میشود.
قطع برق
قطع برق یا خاموشی به از دست رفتن کوتاه یا بلند مدت توان الکتریکی در یک منطقه اطلاق میشود.
عوامل بسیاری وجود دارند که باعث قطعی در شبکه برق می‌شوند. برخی از این عوامل عبارتند از خطا (الکتریکی) در نیروگاه‌ها، آسیب دیدن خطوط انتقال انرژی الکتریکی، پستهای برق و یا بخشی‌هایی از سیستم توزیع، وقوع یک اتصال کوتاه و یا اضافه بار در سیستم‌های الکتریکی.
قطعی برق به‌ویژه در مناطق و تاسیساتی که امنیت عمومی و زیست‌محیطی را در معرض خطر قرار میدهد، بحرانی است. نهادهای چون بیمارستان‌ها، تاسیسات دفع فاضلاب، معادن و امثال آنها به‌طور معمول دارای منابع برق پشتیبان از قبیل سامانه‌های برق اضطراری هستند که در هنگام قطع برق شبکه، به‌صورت خودکار راهاندازی می‌شوند. سایر سیستم‌های حساس مثل سیستم‌های مخابراتی نیز، نیاز به سامانه‌های برق اضطراری دارند.
به گفتهٔ مدیرعامل شرکت توانیر ایران، متوسط سرانهٔ خاموشی‌ها در ایران در هر شبانه‌روز در سال ۱۳۸۸ حدود ۲ دقیقه بوده است.
پست برق
پست الکتریکی ایستگاهی فرعی است که در مسیر تولید، انتقال یا توزیع انرژی الکتریکی ولتاژ را به وسیله ترانسفورماتور به مقادیر بالاتر یا پایین‌تر تغییر میدهد. توان الکتریکی می تواند از میان شمار زیادی پست بین نیروگاه و مصرف کننده(توانگیر) بگذرد و ولتاژ آن در طول مسیر بارها تغییر کند.
پست‌هایی که از ترانسفورماتورهای افزاینده می گیرند مایه افزایش ولتاژ و به این ترتیب کاهش جریان می‌شوند، در حالیکه پست‌هایی که از ترانسفورماتورهای کاهنده بهره می گیرند برای افزایش ایمنی، ولتاژ را کاهش داده و جریان را افزایش می‌دهند.
اجزای یک پست
یک پست روی هم رفته دارای تجهیزات سویچ، سیستم‌های حفاظت (پناه)، کنترل و همچنین یک یا چند ترانسفورماتور است. در پستهای بزرگ از مدارشکن‌ها یا دژنکتور برای برش هرگونه اضافه جریان برخاسته از اتصال کوتاه یا اضافه بار بهره برده میشود. در پستهای کوچکتر می توان از سکسیونر یا فیوز برای محافظت از مدارهای منشعب بهره گیرند. پست‌ها (معمولاً) دارای ژنراتور نیستند اگرچه نیروگاه‌ها شاید در نزدیکی خود پست داشته باشند. از دیگر موارد موجود در یک پست الکتریکی می‌توان تجهیزات نگهدارنده پایان خط، تابلوی فشار قوی، تابلوی فشار ضعیف، جرقه‌گیر، سیستم کنترل، سیستم زمین و سیستم‌های اندازگیری میشود، همچنین ممکن است از تجهیزات دیگری مانند خازن‌های اصلاح ضریب توان یا تنظیم کننده ولتاژ نیز در پست استفاده شود.
پستهای الکتریکی با توجه به کاربردشان ممکن است بر روی پهنه(سطح) زمین و در حصار، زیر زمین و یا در ساختمان‌ها ساخته شوند. ساختمان‌های بسیار بلند ممکن است دارای چندین پست الکتریکی داخلی باشند. از پستهای داخلی بیشتر در مناطق شهری و برای کاهش صدای ناشی از ترانسفورماتورها، ملاحظات بصری شهر و محافظت تابلوها از تاثیرات آلودگی هوا و دگرگونی آب و هوا بهره برده می شود. در مناطقی که از حفاظ فلزی در اطراف پست استفاده میشود باید این حفاظ زمین شده باشد تا از نگرانی برق گرفتگی در موارد ایجاد جریان خطا در پست استفاده شود. پیش آمد خطا در شبکه و تزریق جریان ناشی از آن به زمین در پست می تواند مایه افزایش پتانسیل در مناطق کنار پست شود. این افزایش پتانسیل در اطراف پست مایه پیدایش یک جریان در طول حصارهای فلزی میشود و در این زمان ها ولتاژ حصارها می‌تواند با ولتاژ زمینی که آنکس بر روی آن ایستاده بسیار دگرسان باشد که این مایه افزایش ولتاژ تماس تا اندازه ای خطرناک خواهد شد.
پست انتقال
وظیفه پست انتقال اتصال دو یا چند خط انتقال است. ساده‌ترین حالت زمانی است که دو خط دارای ولتاژ یکسان هستند. در این موارد پست دارای مدارشکن‌هایی است تا در صورت نیاز مثل انجام تعمیرات مدار را از شبکه جدا کند. یک پست انتقال ممکن است دارای ترانسفورماتور برای تبدیل دو ولتاژ انتقال یا تجهیزات تنظیم اختلاف فاز باشد.
پستهای انتقال ممکن است ساده یا پیچیده باشند. یک ایستگاه کوچک سوئیچینگ گذشته از چند مدارشکن چیزی بیشتر از یک گذرکاه ندارد. درحالیکه یک پست انتقال بزرگ، منطقه بزرگی را با چندین ولتاژ پوشش میدهد و دارای تجهیزات متعدد حفاظتی و کنترلی (خازن‌ها، رله‌ها، سوئیچ‌ها، مدارشکن‌ها و ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ) است. معمولاً سطح ولتاژ پست های انتقال بالای 63 کیلو ولت می باشد.
پست توزیع
وظیفه یک پست توزیع تحویل گرفتن توان از سیستم انتقال و تحویل آن به سیستم توزیع است. از نظر اقتصادی و ایمنی وصل مصرف‌کننده‌ها به طور مستقیم به شبکه انتقال به صرفه نیست بنابراین پست توزیع ولتاژ را تا میزانی مناسب برای مصرف‌کننده‌ها کاهش میدهد.
حداقل برای ورودی یک پست توزیع از دو خط انتقال استفاده میشود. ولتاژ ورودی به پست‌ها توزیع به استانداردهای هر کشور وابسته‌است با این حال ولتاژ ورودی به پستهای توزیع معمولاً ولتاژی متوسط بین ۲٫۴ تا ۳۳ کیلوولت است.
گذشته از تغییر ولتاژ، وظیفه پست توزیع ایزوله کردن هر یک از شبکههای توزیع یا انتقال از خطاهای رخ داده در دیگری است. پستهای توزیع ممکن است وظیفه تنظیم ولتاژ را نیز بر عهده داشته باشند، البته در مسیرهای توزیع طولانی (چندین کیلومتر) تجهیزات تنظیم ولتاژ در طول خط نصب می‌شوند.
پستهای توزیع پیچیده را بیشتر می‌توان در مراکز شهرهای بزرگ دید.
پست جمع‌کننده
در روش‌های تولید پراکنده مانند استفاده از انرژی بادی، ممکن است به پست جمع‌کننده نیاز باشد. این پست‌ها تا حدودی شبیه پستهای توزیع هستند با این تفاوت که رانش توان معکوس است؛ یعنی از سمت توربین‌های بادی به سمت شبکه انتقال. معمولاً به دلیل ملاحظات اقتصادی سیستم جمع‌آوری کننده در سطح ولتاژ حدود ۳۵ کیلوولت عمل می‌کند و سپس پست جمع‌آوری ولتاژ را تا سطح ولتاژ انتقال برای وصل به شبکه انتقال بالا می‌برد. این پست‌ها همچنین دارای تجهیزات اندازگیری و اصلاح ضریب توان نیز هستند. در حالت خیلی خاص، یک پست الکتریکی دارای دستگاه برگرداننده برق HVDC است.
همچنین، پست الکتریکی جمع‌کننده را می‌توان در مکان‌هایی که چندین نیروگاه حرارتی یا برق‌آبی در نزدیکی هم وجود دارند یافت. نمونه‌ای از این پست‌ها Brauweiler در آلمان و Hradec در جمهوری چک است؛ که انرژی نیروگاههای ذغال‌سنگی نزدیک هم را جمع آوری می‌کند. در صورتی که برای تغییر سطح ولتاژ ترانسفومری نصب نشده باشد، پست مورد نظر یک ایستگاه سوئیچ خواهد بود.
پستهای از نوع تغییر غیرولتاژی
ایستگاه‌های سوئیچ
یک ایستگاه سوئیچ، یک پست است که ترانسفورمر ندارد و تنها در یک سطح ولتاژ عمل می‌کند. ایستگاه‌های سوئیچ گاهی به صورت ایستگاه‌های جمع‌کننده و توزیع‌کننده ظاهر می‌شوند. گاهی به منظور سوئیچ جریان پشتیبان خطوط موازی در هنگام بروز خطا مورد استفاده قرار می‌گیرند. نمونه‌ای از این ایستگاه، ایستگاه Inga-Shaba است.
طراحی
بزرگترین ملاحظات در مهندسی قدرت هزینه و قابلیت اطمینان تاسیسات طراحی شده هستند. یک طراحی خوب در تلاش است تا تعادلی را بین این دو به وجود آورد تا بتواند بدون هزینه اضافی، به بیشترین قابلیت اطمینان دست پیدا کند. طراحی باید امکان توسعه شبکه را نیز در صورت نیاز نظر دارا باشد.
در انتخاب محل نصب پست الکتریکی باید به عوامل مختلفی توجه کرد. برای انتخاب محل مناسب باید به امکان دسترسی به پست برای انجام عملیات تعمیر یا نگهداری توجه کافی داشت. در منطقی که قیمت زمین بالا است (مانند مناطق شهری) استفاده از تجهیزات کوچک بسیار پراهمیت است. محل باید دارای اتاقی اضافه برای امکان توسعه پست باشد تا در صورت نیاز بتوان تجهیزات جدیدی را در آن نصب کرد. تاثیر محیطی بر کار پست نیز باید در موقع طراحی مورد توجه قرار گیرد. ملاحظات مربوط به سیستم زمین و افزایش پتانسیل باید مورد محاسبه قرار گیرد تا با استانداردها مغایرت نداشته باشد.
جانمایی
اولین قدم برای طراحی یک پست الکتریکی آماده کردن یک دیاگرام تک خطی ساده‌شده‌است که ترتیب سوئیچ‌ها و تجهیزات محافظ کننده مدار و همچنین خطوط ورودی، خروجی فیدرها یا خطوط انتقال را نشان دهد.
خطوط ورودی تقریباً همیشه دارای سکسیونر و مدارشکن قدرت (دژنکتور) هستند. در برخی موارد خط دارای هر دوی آنها نمی‌باشد و با استفاده از یک سکسیونر یا دژنکتور نیاز مدار برطرف میشود. از سکسیونرها برای جداسازی یا ایزوله کردن قسمتی از مدار استفاده میشود، زیرا این کلیدها قابلیت قطع مدار زیر بار را ندارند. از دژنکتور معمولاً برای قطع خودکار جریان‌های خطا استفاده میشود اما ممکن است برای قطع یا وصل بار نیز مورد استفاده قرار گیرد. زمانیکه یک جریان خطای بزرگ از میان دژنکتور عبور می‌کند با استفاده از یک ترانسفورماتور جریان میزان جریان تشخیص داده میشود. ممکن است از جریان خروجی ترانسفورماتور جریان به عنوان جریان تغذیه دژنکتور برای قطع مدار استفاده شود. این عملکرد موجب جدا شدن مدار معیوب از بقیه مدار میشود و این امکان را فراهم می‌کند که بقیه مدار با کمترین ضربه به کار خود ادامه دهد. دژنکتورها و سکسیونرها ممکن است به طور محلی (از داخل پست) یا از خارج به وسیله مرکز کنترل نظارتی فرمان بگیرند.
پس از سوئیچ‌ها، خطوط با ولتاژی مشخص به یک یا چند شین وصل می‌شوند. این شین‌ها معمولاً به صورت سه‌تایی مرتب شده‌اند چراکه استفاده از سیستم توزیع سه‌فازه به طور گسترده‌ای در سراسر جهان رایج است.
ترتیب استفاده از سکسیونرها، دژنکتورها و شین‌ها سیستمی را به وجود می‌آورد که به طور اختصاصی دارای محاسن و معایبی از نظر هزینه و قابلیت اطمینان است. در اصطلاح، به این ترتیب، سیستم شین‌بندی پست می‌گویند. در پستهای مهم ممکن است از سیستم شین‌بندی رینگ یا دوبل استفاده شود، به این ترتیب در این پست‌ها با بروز خطا در هر یک از خطوط شبکه می‌تواند بدون وقفه به کار خود ادامه دهد و همچنین این امکان برای شبکه به وجود می‌اید تا بدون نیاز به قطع مدار عملیات تعمیر یا نگهداری از کلیدها انجام شود. پست‌هایی که تنها برای تغذیه یک بار صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند معمولاً از کمترین میزان کلیدها و تدارکات استفاده میکنند.
زمانی که از ولتاژهای مختلفی برای وصل به شین‌ها استفاده میشود بین سطوح مختلف ولتاژ از ترانسفورماتور استفاده میشود. هر ترانسفورماتور نیز به نوبه خود دارای یک مدارشکن است تا در صورت بروز خطا در آن، بقیه مدار را از ترانسفورماتور جدا کند.
راه‌گزینی
یکی از وظایف مهم که به وسیله پست انجام میشود راه‌گزینی یا سوئیچینگ است که به معنای قطع یا وصل خطوط انتقال یا مصرف‌کننده‌ها از یا به شبکه‌است. این راه‌گزینی‌ها ممکن است از پیش برنامه‌ریزی شده باشند یا به طور اتفاقی صورت گیرند.
ممکن است نیاز باشد که خط‌های انتقال یا تجهیزات موجود در پست برای انجام تعمیرات یا عملیات گسترش مانند اضافه کردن یک ترانسفورماتور از شبکه جدا شوند. برای انجام چنین عملیاتی به هیچ وجه کل شبکه را قطع نخواهند کرد بلکه کل عملیات در طول کار شبکه صورت می‌گیرد.
در صورت بروز یک خطا در شبکه یا یک قسمت از تجهیزات موجود در پست نیز این ضرورت ایجاد خواهد شد که این قسمت از مدار جدا شود بدون آنکه تاثیری زیادی در کار دیگر قسمت‌ها داشته باشد. در این موارد وظیفه پست‌ها خواهد بود تا قسمت‌ها اسیب دیده بر اثر باد، قوس الکتریکی یا هر دلیل دیگری را از شبکه جدا کنند تا عملیات تعمیر شروع شود.
توزیع انرژی الکتریکی
مرحله توزیع یکی از مراحل انتهای تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کننده‌هاست. این بخش به طور کلی شامل خطوط ولتاژ متوسط (کمتر از ۲۰ کیلوولت)، پستهای ترانسفورمری «pole-mounted» و خطوط ولتاژ پایین (کمتر از ۱۰۰۰ ولت) میشود.
تاریخچه
در سال‌های آغازین استفاده از انرژی الکتریکی، ژنراتورهای جریان مستقیم "DC" با همان ولتاژ تولیدی به مصرف کنندهها متصل شده بودند و به این صورت تولید و انتقال برق با یک ولتاژ انجام می‌گرفت، چراکه هیچ راهی برای تغییر ولتاژ "DC" به جز تغییر ژنراتورها وجود نداشت. از آنجایی که لامپهای التهابی آن زمان تنها در ولتاژ ۱۰۰ ولت قابل استفاده بوده‌اند تنها راه ممکن تولید برق با این ولتاژ بود. همچنین در ولتاژ پایین نیاز به عایق‌کاری زیاد برای حفظ ایمنی نبود و به این صورت تولید و انتقال با ولتاژ ۱۰۰ ولت صورت می‌گرفت که موجب به وجود آمدن تلفات قابل توجه در طول خطوط میشد.
از همان ابتدا استفاده از مس به عنوان یک هادی بسیار معمول بود و این به دلیل هدایت الکتریکی و قیمت نسبتاً مناسب مس (امروزه با بالا رفتن قیمت مس از صرفه اقتصادی این فلز کاسته شده) نسبت به دیگر فلزات است. برای کاهش دادن جریان و در نتیجه کاهش میزان مصرف مس باید از ولتاژهای بالاتر در طول خطوط استفاده کرد. اما همانطور که گفته شد، هیچ روش قابل استفاده‌ای برای تغییر ولتاژ DC موجود در آن زمان وجود نداشت، بنابراین سیستم DC ادیسون به کابل‌های ضخیم و ژنراتورهای محلی نیاز داشت. فاصله آخرین مصرف کننده حداکثر باید ۱٫۵ مایل از محل تولید می‌بود تا نیازی به استفاده از هادی‌های با سطح مقطع بسیار بالا نباشد.
ابداع جریان متناوب
پذیرش جریان الکتریکی متناوب "AC" با تغییرات بنیادی در زمینه برق همراه شد، چراکه ترانسفورماتورهای الکتریکی میتوانستند ولتاژ را تغییر دهند و این، امکان افزایش طول خطوط انتقال فراهم را می‌کرد. با افزایش ولتاژ در طول خطوط، جریان الکتریکی کاهش یافته و بدین صورت، نیاز به استفاده از کابل‌های با سطح مقطع بالا و مولدهای محلی بر طرف میشد و در این صورت همچنین امکان تولید انرژی الکتریکی در فواصل دوراز مصرف کنندهها نیز فراهم میشد.
توزیع در اروپا و آمریکای شمالی
در آمریکای شمالی سیستم‌های توزیع اولیه از ولتاژ ۲۲۰۰ ولت و از سیستم ستاره با سیم نول (corner grounded delta) استفاده می‌کردند. با گذشت زمان این ولتاژ رفته رفته افزایش یافت و به۲۴۰۰ ولت رسید. با گسترش شهرها سیستم ولتاژ به ۴۱۶۰/۲۴۰۰ ولت سه فاز ارتقا یافت. گرچه بعضی از شهرها و شهرک‌ها به استفاده از این ولتاژ ادامه دادند، اما بیشتر شهرها ولتاژ را به تدریج و در مراحل Y۷۲۰۰/۱۲۴۷۰، Y۷۶۲۰/۱۳۲۰۰، Y۱۴۴۰۰/۲۴۹۴۰ و در نهایت Y۱۹۹۲۰/۳۴۵۰۰ افزایش دادند.
در انگلستان و اروپا در گذشته استفاده از سیستم ولتاژ ۳۳۰۰ ولت رایج بوده. با گذشت زمان در انگلستان ولتاژ ابتدا به ۶٫۶kV و سپس به ۱۱kV افزایش یافت.
سیستم‌های توزیع نیز در اروپا و آمریکای شمالی کاملاً متفاوت هستند. در آمریکای شمالی استفاده از تعداد زیادی ترانسفورماتور توزیع و در فواصل کم با مصرف کنندهها رایج تر است. برای مثال در ایالات متحده از یک ترانسفورماتور توزیع «pole-mounted» برای تغذیه ۱ تا ۳ خانه استفاده میشود، در حالی که در انگلستان ترانسفورماتورهای توزیع توانی بین ۳۱۵ تا ۱۰۰۰ کیلوولت‌امپر دارند و کل یک محله را تغذیه میکنند. این به دلیل استفاده از ولتاژ بالاتر در اروپاست (۴۱۵ ولت به جای ۲۳۰ ولت). چراکه با این ولتاژ امکان انتقال توان الکتریکی با تلفات قابل قبول در مسافت‌های طولانی‌تری وجود دارد. ویژگی سیستم آمریکایی این است که در صورت بروز عیب در ترانسفورماتور فقط تعداد کمی از مصرف کنندهها از مدار خارج می‌شوند و ویژگی سیستم انگلیسی در متمرکزتر بودن تراسفورماتورهاست بدین صورت تراسفورماتورها کمتر و بزرگ‌تر هستند و با راندمان بالاتری کار میکنند و این تلفات انرژی را کاهش میدهد.
توزیع و انواع شبکه‌ها
شبکههای توزیع معمولاً به دو صورت دسته‌بندی می‌شوند:
شعاعی (Radial)
اتصال یافته (Interconnected)
در شبکه شعاعی خطوط توزیع پس از جدا شدن از پست توزیع به منبع دیگری متصل نمی‌شوند. از این روش معمولاً در شبکههای روستایی با مصرف کنندههای دور افتاده استفاده میشود. از شبکههای اتصال یافته معمولاً در شهرها استفاده میشود. در این شبکه مسیرهای توزیع دارای دو یا چند اتصال به مسیرهای دیگر هستند بنابراین مصرف کنندهها چندین مسیر برای اتصال به منبع دارند.
نقاط اتصال در شبکه اتصال یافته معمولاً باز هستند. اعمال دستور بسته یا بازشدن اتصال‌ها معمولاً به وسیله «دیسپاچینگ» صورت می‌گیرد. کارایی این اتصال‌ها معمولاً در مواقع بروز مشکل در خط مشخص میشود. در صورتی که قسمتی از خط به علت خرابی غیر قابل استفاده باشد به وسیله وصل و قطع تعدادی از اتصال‌ها می‌توان قسمت معیوب را از بقیه قسمت‌ها جدا کرده و دیگر قسمت‌ها را تغذیه نمود. هر یک از خطوط جدا شده از پست توزیع دارای کلید مدارشکن (دژنکتور) برای قطع مدار در موقع بروز اشکال هستند.
ممکن است در داخل هر شبکه انواع مختلفی از خطوط مثل خطوط هوایی یا کابلی وجود داشته باشد. البته استفاده از خطوط کابلی در کشورهای پیشرفته درحال افزایش است چراکه در این خطوط کابل‌ها در مسیر دیده نمی‌شوند و این کمک شایانی به افزایش معیارهای زیبایی به ویژه در شهرهای بزرگ با شبکههای توزیع درهم پیچیده می‌کند. اما با این حال قیمت تمام شده برای ایجاد خطوط کابلی به مقدار قابل توجهی از خطوط هوایی بیشتر است، تکنولوژی احداث آنها بالاست و همچنین این خطوط از نظر قیمت و راحتی تعمیر و نگهداری نیز با خطوط هوایی قابل مقایسه نیستند و این بزرگترین مانع برای گسترش این خطوط در کشورهای در حال توسعه‌است.
خصوصیات برق تحویلی به مصرف کنندهها به صورت یک تعهد از طرف تولیدکننده بوده وثابت است. برخی از خصوصیات شبکه عبارت‌اند از:
امروزه تمامی منابع و ژنراتورهای الکتریکی AC هستند. مصرف کننده‌هایی که از انرژی الکتریکی به صورت DC و در مقادیر بالا استفاده میکنند مانند برخی از راه‌آهن‌های برقی، مراکز تلفن و یا بعضی صنایع مانند صنایع ذوب آلمینیوم باید از ژنراتورهای DC یا تجهیزات یکسوساز استفاده کنند.
ولتاژ تحویلی شامل تلرانس نیز میشود(معمولاً حدود ۱۰ درصد)
فرکانس معمول تولیدی ۵۰ یا ۶۰ هرتز است. در حالی که در بعضی خطوط راه‌آهن برقی از فرکانس ۱۶-۲/۳ Hz و در بعضی از صنایع و معادن از ۲۵ Hz استفاده میشود.
پیکره‌بندی فازها، که شامل تک فاز و چند فاز (شامل دو یا سه فاز) میشود.
مصرف کنندهها نیز باید دارای خصوصیات خاصی در شبکه باشند به طوریکه انحراف از این خصوصیات برای تولید کننده زیانبار است بنابراین برای انحراف از برخی از این خصوصیات جریمه در نظر گرفته شده:
حداکثر بار، که با توجه میزان حداکثر مصرف در دوره‌ای مشخص تعیین میشود.
ضریب بهره خط انتقال (نسبت بار نامی به حداکثر بار در یک دوره زمانی)، که نشان دهنده درجه بهروری از تجهیزات خط است(هرچه این ضریب به یک نزدیکتر باشد بهره‌وری تجهیزات خط بالاتر است).
ضریب توان بار اتصال یافته که نسبت توان اکتیو مصرف شده توسط بار به توان راکتیو آن است.
سیستم زمین کردن (Earthing) که می‌تواند TT، TN-S، TN-C-S یا TN-C باشد.
حداکثر جریان اتصال کوتاه
بیشترین میزان و فرکانس جریان لحظه‌ای
انتقال انرژی الکتریکی
فرایند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرایند معمولاً شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولید کننده به پستهای 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. انتقال انرژی الکتریکی به ما اجازه میدهد تا به سادگی و بدون پذیرفتن هزینه حمل سوختها و همچنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوختها در نیروگاه، از انرژی الکتریکی بهره بگیریم. حال آنکه در بسیاری موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیر ممکن است و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است.
به علت زیاد بودن میزان توان مورد بحث، ترانسفورماتورها کمابیش در ولتاژهای بالایی کار میکنند(۱۱۰ کیلوولت یا بیشتر). انرژی الکتریکی معمولاً در فواصل دراز به وسیله خطوط هوایی انتقال مییابد. از خطوط زیر زمینی فقط در مناطق پر جمعیت شهری استفاده میشود و این به دلیل هزینه بالای راهاندازی و نگهداری و همچنین تولید توان راکتیو اضافی در این گونه خطوط است.
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 چراکه بیشتر تجهیزات مورد نیاز در این ولتاژها با تجهیزات ولتاژ پایین کاملاً متفاوتند.
تاریخچه
سالها پیش یعنی در سال‌های آغازین بهره گیری از انرژی الکتریکی، انتقال توان با همان ولتاژمصرف 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 آنجا که انواع مختلف مصرف کنندهها مثل لامپها یا موتورها نیازمند ولتاژهای مختلفی بودند برای هر یک باید از ژنراتوری جداگانه استفاده میشد که این خود امکان استفاده از یک شبکه بزرگ برای تغذیه کلیه مصرف کنندهها را از بین می‌برد.
در جلسه گروه AIEE در ۱۶ می۱۸۸۸ نیکولا تسلا مقالهای را با نام «سیستم جدید موتورها و ترانسفورماتورهای متناوب» ارایه کرد و به بیان مزایای استفاده از این سیستم پرداخت. مدتی بعد شرکت «وستینگ هوس» پیشنهاد ساخت اولین سیستم جریان متناوب را داد.
با استفاده از ترانسفورماتور امکان اتصال مولدها به خطوط انتقال ولتاژ بالا و همچنین امکان اتصال خطوط ولتاژ بالا به شبکههای محلی توزیع فراهم شد. با انتخاب فرکانسی مناسب امکان تغذیه انواع بارها از جمله روشناییها و موتورها ایجاد میشد. مبدل‌های گردان و بعدها لامپهای قوس جیوه و دیگر یکسو کنندههای جریان امکان اتصال مصرف کنندههای DC را با استفاده از یک نوع یکسو ساز به شبکه مهیا می‌ساختند. حتی مصرف کنندههای با فرکانسهای متفاوت هم میتوانستند با استفاده از مبدل‌های گردان به شبکه متصل شوند. با استفاده از نیروگاههای متمرکز برای تولید برق همچنین امکان صرفهجویی به وسیله تولید انبوه فراهم شد و ضریب بار در هر نیروگاه امکان تولید با راندمان بالاتر را نیز ایجاد کرد به طوریکه امکان استفاده از برق با قیمت کمتری برای مصرف کنندهها فراهم شد. بدین ترتیب امکان به وجود آمدن یک شبکه بزرگ برای تغذیه انواع مختلفی از مصرف کنندهها پدید آمد.
با استفاده از نیروگاههای چند برابر بزرگ‌تر که به منطقه بزرگی اتصال داده شده بودند، قیمت تمام شده تولید برق کاهش یافت و امکان استفاده از نیروگاههای با راندمان بالاتر فراهم شد که میتوانستند بارهای مختلف را تغذیه کنند. همچنین بدین ترتیب ثبات تولید برق افزایش پیدا کرد و هزینه سرمایه گذاری در این بخش کاهش یافت و در نهایت امکان استفاده از منابع انرژی دور افتاده مثل نیروگاههای هیدروالکتریک و یا زغال سنگ معادن دور دست، بدون نیاز به پرداخت هزینه حمل و نقل سوختها فراهم شد.
در خطوط انتقال ابتدایی از مقره‌های «pin-and-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 درحال 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، چراکه 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.
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.
اچ‌وی‌دی‌سی
انتقال با جریان مستقیم یا اچ‌وی‌دی‌سی 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 بی ثباتی 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.
خط 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 آنجایی 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 نگهداشتن کابل‌ها استفاده میشود می‌توانند از جنس چوب، فولاد، بتون، آلمینیوم و در برخی موارد پلاستیک مسلح باشند. به طور کلی کابل‌ها مورد استفاده در خطوط هوایی از جنس آلمینیوم 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.
4:28 am
سیمکارت
سیم کارت یا شناس‌کارت (ماژول شناسانندهٔ مشترک) کارتی هوشمند برای تلفن‌های همراه است. سیم کارت به طور امن کلیدهای مشترک-سرویس دهنده را برای شناساندن یک تلفن همراه در خود نگه می‌دارد. یک سیم کارت به کاربران اجازه میدهد که گوشی تلفن خود را به آسانی فقط با خارج کردن سیم کارت و قراردادن آن در گوشی دیگر تغییر دهند.
استفادهٔ سیم کارت در شبکههای GSM است. معادل سیم کارت در شبکههای UMTS به نام USIM یا Universal Sim است، در حالیکه ماژول خارج شوندهٔ معرفی کننده کاربر (RUIM) در تلفن‌های CDMA بیشتر کاربرد دارد.
سیم کارت در دو اندازه استاندارد موجود است. اولی اندازه یک کارت اعتباری (۸۵٫۶۰م. م × ۵۳٫۹۸ م. م × ۰٫۷۶م. م) است. جدیدتر که خیلی محبوب تر هم است، اندازه مینیاتوری با ۲۵ م. م در طول، ۱۵ م. م ارتفاع و نازکی به اندازه ۰٫۷۶ م. م دارد.
W-SIM سیم کارتی هست که هسته فناوری سلولی را با کارتی درون خودش کامل می‌کند.
GSM 11.11 معرفی کننده مشخصات سیم کارت است. GSM 11.14 معرفی کننده مشخصات برنامه‌های ابزاری SIM برای سیم کارت است.
اندازه ذخیره‌سازی حافظه
نوعی ارزان قیمت سیم کارت (فقط GSM 11.11) حافظه کمی دارد، چیزی در حدود ۲-۳ کیلوبایت که در GSM 11.11 تعریف شده است (برای دفترچه تلفن و شبیه آن). همان نوع حافظه داده مستقیماً توسط گوشی مهیا میشود. بخش بازاری سیم کارتهای ارزان قیمت، پایداری آنها است.
سیم کارتهایی با کاربردهای اضافی (GSM 11.14) در اندازهٔ حافظه‌های زیادی موجود است، بیشترین آن‌های یک گیگابایت است. کوچک‌ترین آنها از همان نوع ۳۲ کیلوبایت و ۱۶ کیلوبایت است که در جاهایی که شبکههای GSM کمتر گسترش یافته استفاده می‌شوند. اندازه‌های بزرگ‌تری برای حافظه سیم کارت هم وجود دارد که بین ۱۲۸ تا ۱۰۲۴ مگابایت است.
حافظه سیم کارت بیشتر به ارائه دهنده خدمات مربوط میشود.
در پایان ۲۰۰۶ بیشترین نوع سیم کارت GSM ای که در آمریکا مورد استفاده قرار گرفت از نوع ۶۴ کیلوبایتی بود.
تغذیه
سه نوع ولتاژ کار برای سیم کارتها وجود دارد: ۵ ولت، ۳ ولت و ۱٫۸ ولت. سیم‌کارت‌های قبل از سال ۱۹۹۸ اکثراً ۵ ولت بودند. سیم‌کارت‌های بعدی با ۵ ولت و ۳ ولت سازگارند. سیم‌کارت‌های مدرن همگی هر سه ولتاژ کار را پشتبیانی میکنند.
سیستم‌عامل‌ها
سیستم‌عامل‌های سیم کارت به طور معمول بر دو نوع هستند: سیستم‌عامل‌های محلی و کارتهای جاوا. سیم کارتهای محلی نرم‌افزارهای اختصاصی ارائه دهنده سرویس را در خود دارند همانطور که کارتهای جاوا بر پایه استانداردهایی هستند، کارتهای جاوا نوع خاصی از زیر مجموعهٔ زبان برنامه نویسی جاوا هستند که برای اجرا برروی دستگاههای کوچک هدف گذاری شده‌اند.
داده
سیم کارتها اطلاعات مشخص شده توسط شبکه را برای تصدیق هویت و معرفی مشترک به شبکه را در خود دارند، مهمترین این اطلاعات عبارت اند سیمکارت و IMSI و Ki و LAI. یک سیم کارت همچنین اطلاعات دیگری نظیر شماره SMSC (مرکز سرویس پیغام کوتاه)، نام ارائه دهنده خدمات (SPN)، شماره‌های تماس خدمات (SDN) و برنامه‌های سرویس ارزش افزوده (VAS). (رجوع کنید به GSM 11.11)
ICCID
هر سیم کارت به طور بین‌المللی با ICC-ID (شماره کارت مداری بین‌المللی) شناخته میشود. ICCID در درون سیم کارت ذخیره میشود و همچنین برروی بدنه سیم کارت در طی فرایندی به نام شخصی سازی چاپ یا حک می‌شوند.
IMSI
هر سیم کارت برروی شبکه خودش توسط نگه داری یکتایی مشخص کننده بین‌المللی تلفن مشترک شناسایی میشود. اپراتورهای تلفن همراه با استفاده از IMSI تماس‌های تلفن همراه مشترک و ارتباط آن را با دیگر سیم کارتها برقرار میکنند.
کلید تصدیق هویت (Ki)
یک مقدار ۱۶ بایتی است که برای تصدیق هویت سیم کارت برروی شبکه تلفن همراه استفاده میشود. هر سیم کارت یک Ki به صورت یکتا دارند که توسط اپراتور تلفن همراه طی فرایند شخصی سازی به آن نسبت داده میشود. همچنین Ki در پایگاه داده شبکه (شناخته شده به عنوان HLR) ثبت میشود.
پروسه تصدیق هویت
در هنگام راه اندازی تلفن همراه، سیم کارت، IMSI خود را به اپراتور تلفن همراه با درخواست دسترسی و تصدیق هویت می‌فرستد.
اپراتور تلفن همراه در پایگاه داده خود به دنبال IMSI درخواست شده با Ki مشخص شده می‌گردد.
سپس اپراتور تلفن همراه یک عدد تصادفی ایجاد می‌کند و آن را با تلفیق در Ki یک شماره به نام درخواست واردشده (SRES_1) ایجاد می‌کند.
سپس اپراتور شبکه عدد تصادفی را به سیم کارت می‌فرستد و سیم کارت هم آن عدد تصادفی را Ki در خودش تلفیق می‌کند و SRES_2 را ایجاد می‌کند و آن را به اپراتور می‌فرستد.
سپس اپراتور شبکه SRES_1 محاسبه شده خودش را با SRES_2 محاسبه شده توسط سیم کارت مقایسه می‌کند. اگر دو شماره با هم یکی شدند سیم کارت تصدیق شده و اجازه دسترسی به شبکه را پیدا می‌کند.
معرفی‌کننده موقعیت محلی
سیم کارت وضعیت اطلاعات شبکه که از طرف شبکه به آن پخش میشود را دخیره می‌کند، مانند معرفی کننده موقعیت محلی (LAI). اپراتورها به محدوده‌های مختلفی تقسیم شده‌اند، که هرکدام یک شماره LAI منحصربه‌فرد دارد. هنگامی که تلفن همراه موقعیت خود را از یک محدوده به محدوده دیگری تغییر میدهد، آن اطلاعات جدید LAI را در سیم کارت ذخیره کرده و به اپراتور شبکه می‌فرستد تا موقعیت جدید خود را مشخص کند.
اندازه سیم کارت
سیم کارت در طی سالها علاوه بر پیشرفت، سایز خود را نیز تغییر داده است، سیم کارت سایز کامل، سیم کارت مینی، میکروسیم و نانوسیم که با دستگاهای مختلف کار میکنند. همزمان با کاهش سایز دستگاهها تولید کنندگان نیز سعی کردند در اندازه سیم کارتها تغییراتی بدهند.
اولین سایز سیم کارت به صورت سایز کامل بود(1FF): این سایز تقریباً اندازه کارتهای اعتباری بانکی بود.(۸۵٫۶۰ میلیمتر در ۵۳٫۹۸ میلیمتر به ضحامت ۰٫۷۶ میلیمتر) پس از آن سیم کارت مینی وارد بازار شد(2FF) که بخش کوچکتری از همان سیم کارت بود.(با ضخامت قبلی و ۲۵ میلیمتر در ۱۵ میلیمتر) نسخه بعدی سیم کارت که با نام سیم کارت میکرو(3FF) وارد شد بازهم طول و عرض کمتری نسبت به قبل داشت.(۱۵ میلیمتر در ۱۲ میلیمتر) با کوچکتر شدن سایز سیم کارت، سازگاری آنها با نسخ قبلی همچنان رعایت شد، به همین علت با دستگاههای برش خاص و یا قاب مخصوص می‌توان سه نوع ابتدایی سیم کارتها را به یکدیگر تبدیل کرد بدون آنکه مدار سیم کارت صدمه‌ای ببیند.
سرانجام نیز در سال ۲۰۱۲ نانو سیم کارت (4FF) تولید شد. این سیم کارت بازهم کوچکتر شد. البته برعکس تکامل نمونه‌های قبلی علاوه بر کاهش طول و عرض، ضخامتش نیز کاهش یافت.(۱۲میلیمتر در ۸٫۸ میلیمتر با ضخامت ۰٫۷ میلیمتر) در سیم کارت نانو ضخامت پردازشگر به همراه بدنه ضخامتی معادل ۰٫۷ دارد که حدوداً ۱۵ درصد نسبت به نسخ قبلی کاهش ضخامت داشته است.
سیم کارتهای نانو با سازگاری کامل با نسخه‌های قبلی ساخته شده است بنابراین می‌توان آنها را با آداپتور مخصوص در دستگاههای قبلی نیز قرارد داد و استفاده کرد.
سیم کارت یا شناس‌کارت (ماژول شناسانندهٔ مشترک) کارتی هوشمند برای تلفن‌های همراه است. سیم کارت به طور امن کلیدهای مشترک-سرویس دهنده را برای شناساندن یک تلفن همراه در خود نگه می‌دارد. یک سیم کارت به کاربران اجازه میدهد که گوشی تلفن خود را به آسانی فقط با خارج کردن سیم کارت و قراردادن آن در گوشی دیگر تغییر دهند.
استفادهٔ سیم کارت در شبکههای GSM است. معادل سیم کارت در شبکههای UMTS به نام USIM یا Universal Sim است، در حالیکه ماژول خارج شوندهٔ معرفی کننده کاربر (RUIM) در تلفن‌های CDMA بیشتر کاربرد دارد.
سیم کارت در دو اندازه استاندارد موجود است. اولی اندازه یک کارت اعتباری (۸۵٫۶۰م. م × ۵۳٫۹۸ م. م × ۰٫۷۶م. م) است. جدیدتر که خیلی محبوب تر هم است، اندازه مینیاتوری با ۲۵ م. م در طول، ۱۵ م. م ارتفاع و نازکی به اندازه ۰٫۷۶ م. م دارد.
W-SIM سیم کارتی هست که هسته فناوری سلولی را با کارتی درون خودش کامل می‌کند.
GSM 11.11 معرفی کننده مشخصات سیم کارت است. GSM 11.14 معرفی کننده مشخصات برنامه‌های ابزاری SIM برای سیم کارت است.
اندازه ذخیره‌سازی حافظه
نوعی ارزان قیمت سیم کارت (فقط GSM 11.11) حافظه کمی دارد، چیزی در حدود ۲-۳ کیلوبایت که در GSM 11.11 تعریف شده است (برای دفترچه تلفن و شبیه آن). همان نوع حافظه داده مستقیماً توسط گوشی مهیا میشود. بخش بازاری سیم کارتهای ارزان قیمت، پایداری آنها است.
سیم کارتهایی با کاربردهای اضافی (GSM 11.14) در اندازهٔ حافظه‌های زیادی موجود است، بیشترین آن‌های یک گیگابایت است. کوچک‌ترین آنها از همان نوع ۳۲ کیلوبایت و ۱۶ کیلوبایت است که در جاهایی که شبکههای GSM کمتر گسترش یافته استفاده می‌شوند. اندازه‌های بزرگ‌تری برای حافظه سیم کارت هم وجود دارد که بین ۱۲۸ تا ۱۰۲۴ مگابایت است.
حافظه سیم کارت بیشتر به ارائه دهنده خدمات مربوط میشود.
در پایان ۲۰۰۶ بیشترین نوع سیم کارت GSM ای که در آمریکا مورد استفاده قرار گرفت از نوع ۶۴ کیلوبایتی بود.
تغذیه
سه نوع ولتاژ کار برای سیم کارتها وجود دارد: ۵ ولت، ۳ ولت و ۱٫۸ ولت. سیم‌کارت‌های قبل از سال ۱۹۹۸ اکثراً ۵ ولت بودند. سیم‌کارت‌های بعدی با ۵ ولت و ۳ ولت سازگارند. سیم‌کارت‌های مدرن همگی هر سه ولتاژ کار را پشتبیانی میکنند.
سیستم‌عامل‌ها
سیستم‌عامل‌های سیم کارت به طور معمول بر دو نوع هستند: سیستم‌عامل‌های محلی و کارتهای جاوا. سیم کارتهای محلی نرم‌افزارهای اختصاصی ارائه دهنده سرویس را در خود دارند همانطور که کارتهای جاوا بر پایه استانداردهایی هستند، کارتهای جاوا نوع خاصی از زیر مجموعهٔ زبان برنامه نویسی جاوا هستند که برای اجرا برروی دستگاههای کوچک هدف گذاری شده‌اند.
داده
سیم کارتها اطلاعات مشخص شده توسط شبکه را برای تصدیق هویت و معرفی مشترک به شبکه را در خود دارند، مهمترین این اطلاعات عبارت اند سیمکارت و IMSI و Ki و LAI. یک سیم کارت همچنین اطلاعات دیگری نظیر شماره SMSC (مرکز سرویس پیغام کوتاه)، نام ارائه دهنده خدمات (SPN)، شماره‌های تماس خدمات (SDN) و برنامه‌های سرویس ارزش افزوده (VAS). (رجوع کنید به GSM 11.11)
ICCID
هر سیم کارت به طور بین‌المللی با ICC-ID (شماره کارت مداری بین‌المللی) شناخته میشود. ICCID در درون سیم کارت ذخیره میشود و همچنین برروی بدنه سیم کارت در طی فرایندی به نام شخصی سازی چاپ یا حک می‌شوند.
IMSI
هر سیم کارت برروی شبکه خودش توسط نگه داری یکتایی مشخص کننده بین‌المللی تلفن مشترک شناسایی میشود. اپراتورهای تلفن همراه با استفاده از IMSI تماس‌های تلفن همراه مشترک و ارتباط آن را با دیگر سیم کارتها برقرار میکنند.
کلید تصدیق هویت (Ki)
یک مقدار ۱۶ بایتی است که برای تصدیق هویت سیم کارت برروی شبکه تلفن همراه استفاده میشود. هر سیم کارت یک Ki به صورت یکتا دارند که توسط اپراتور تلفن همراه طی فرایند شخصی سازی به آن نسبت داده میشود. همچنین Ki در پایگاه داده شبکه (شناخته شده به عنوان HLR) ثبت میشود.
پروسه تصدیق هویت
در هنگام راه اندازی تلفن همراه، سیم کارت، IMSI خود را به اپراتور تلفن همراه با درخواست دسترسی و تصدیق هویت می‌فرستد.
اپراتور تلفن همراه در پایگاه داده خود به دنبال IMSI درخواست شده با Ki مشخص شده می‌گردد.
سپس اپراتور تلفن همراه یک عدد تصادفی ایجاد می‌کند و آن را با تلفیق در Ki یک شماره به نام درخواست واردشده (SRES_1) ایجاد می‌کند.
سپس اپراتور شبکه عدد تصادفی را به سیم کارت می‌فرستد و سیم کارت هم آن عدد تصادفی را Ki در خودش تلفیق می‌کند و SRES_2 را ایجاد می‌کند و آن را به اپراتور می‌فرستد.
سپس اپراتور شبکه SRES_1 محاسبه شده خودش را با SRES_2 محاسبه شده توسط سیم کارت مقایسه می‌کند. اگر دو شماره با هم یکی شدند سیم کارت تصدیق شده و اجازه دسترسی به شبکه را پیدا می‌کند.
معرفی‌کننده موقعیت محلی
سیم کارت وضعیت اطلاعات شبکه که از طرف شبکه به آن پخش میشود را دخیره می‌کند، مانند معرفی کننده موقعیت محلی (LAI). اپراتورها به محدوده‌های مختلفی تقسیم شده‌اند، که هرکدام یک شماره LAI منحصربه‌فرد دارد. هنگامی که تلفن همراه موقعیت خود را از یک محدوده به محدوده دیگری تغییر میدهد، آن اطلاعات جدید LAI را در سیم کارت ذخیره کرده و به اپراتور شبکه می‌فرستد تا موقعیت جدید خود را مشخص کند.
اندازه سیم کارت
سیم کارت در طی سالها علاوه بر پیشرفت، سایز خود را نیز تغییر داده است، سیم کارت سایز کامل، سیم کارت مینی، میکروسیم و نانوسیم که با دستگاهای مختلف کار میکنند. همزمان با کاهش سایز دستگاهها تولید کنندگان نیز سعی کردند در اندازه سیم کارتها تغییراتی بدهند.
اولین سایز سیم کارت به صورت سایز کامل بود(1FF): این سایز تقریباً اندازه کارتهای اعتباری بانکی بود.(۸۵٫۶۰ میلیمتر در ۵۳٫۹۸ میلیمتر به ضحامت ۰٫۷۶ میلیمتر) پس از آن سیم کارت مینی وارد بازار شد(2FF) که بخش کوچکتری از همان سیم کارت بود.(با ضخامت قبلی و ۲۵ میلیمتر در ۱۵ میلیمتر) نسخه بعدی سیم کارت که با نام سیم کارت میکرو(3FF) وارد شد بازهم طول و عرض کمتری نسبت به قبل داشت.(۱۵ میلیمتر در ۱۲ میلیمتر) با کوچکتر شدن سایز سیم کارت، سازگاری آنها با نسخ قبلی همچنان رعایت شد، به همین علت با دستگاههای برش خاص و یا قاب مخصوص می‌توان سه نوع ابتدایی سیم کارتها را به یکدیگر تبدیل کرد بدون آنکه مدار سیم کارت صدمه‌ای ببیند.
سرانجام نیز در سال ۲۰۱۲ نانو سیم کارت (4FF) تولید شد. این سیم کارت بازهم کوچکتر شد. البته برعکس تکامل نمونه‌های قبلی علاوه بر کاهش طول و عرض، ضخامتش نیز کاهش یافت.(۱۲میلیمتر در ۸٫۸ میلیمتر با ضخامت ۰٫۷ میلیمتر) در سیم کارت نانو ضخامت پردازشگر به همراه بدنه ضخامتی معادل ۰٫۷ دارد که حدوداً ۱۵ درصد نسبت به نسخ قبلی کاهش ضخامت داشته است.
سیم کارتهای نانو با سازگاری کامل با نسخه‌های قبلی ساخته شده است بنابراین می‌توان آنها را با آداپتور مخصوص در دستگاههای قبلی نیز قرارد داد و استفاده کرد.
ساعت : 4:28 am | نویسنده : admin
|
مطلب بعدی