برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

بررسی رله های كنترلر سوییچینگ كلیدهای قدرت و حالات گذرای مرتبط با آن
بررسی رله های كنترلر سوییچینگ كلیدهای قدرت و حالات گذرای مرتبط با آن
باز و بستن کلیدها در برخی کاربردها باعث ایجاد اضافه ولتاژو جریان های شدید گذرا می گردد . این اضافه ولتاژها درکلید رخ داده ولی بخش های مجاور را نیز تحت تاثیر قرارمی دهد . اقدامات متقابلی نظیر مقاومت های کار گذاشته شده،راکتور یا مقاومت میرا کننده و برق گیر ها برای محدود کردن اثرات ناپایداری سوییچینگ اتخاذ می شوند . این روش ها نامطمئن و گران می باشد و مشکل را به صورت اساسی حل نمی کند.

چكیده :
باز و بستن كلیدها در برخی كاربردها باعث ایجاد اضافه ولتاژو جریان های شدید گذرا می گردد . این اضافه ولتاژها دركلید رخ داده ولی بخش های مجاور را نیز تحت تاثیر قرارمی دهد . اقدامات متقابلی نظیر مقاومت های كار گذاشته شده،راكتور یا مقاومت میرا كننده  و برق گیر ها برای محدود كردن اثرات ناپایداری سوییچینگ اتخاذ می شوند . این روش ها نامطمئن و گران می باشد و مشكل را به صورت اساسی حل نمی كند.
هدف از این مقاله استفاده از كنترل كننده سوییچینگ برای كلید های قدرت در شرایط غیر عادی می باشد. در این مطالعه ابتدا سوییچینگ كلید ها در شرایط غیر عادی كه شامل برش جریان, افزایش ولتاژ در زمان سوییچینگ خازن , افزایش ولتاژدر زمان سوییچینگ راكتور و حالات گذرای سیستم سه فازمی باشد بررسی شده و در ادامه راهكارهایی جهت جلوگیری از حالات مذكور ارائه می گردد . استراتژی های مختلف سوییچینگ برای خازن های شنت, راكتور های شنت, ترانسفورماتور های قدرت و خطوط انتقال به تفصیل بحث می شود و نكات لازم در مورد باز و بسته كردن كلید درحالات فوق الذكر مطرح می گردد. در ادامه كنترل تطبیقی درباز و بستن كلید بر رسی می شود. كنترل تطبیقی به این صورت است كه خطای دریافت شده از هدف نهایی در عملیات كنترلی بعدی به طور خودكار جبران خواهد شد .
 


 
١-مقدمه
در برخی كاربردها باز یا بسته شدن تصادفی و لحظه ای كلیدها باعث ایجاد ولتاژ و جریان های شدید گذرا می شود. این ناپایداری ها در مدارات اصلی اتفاق می افتد و به دلیل همجواری با سیستم های ولتاژ پایین ممكن است باعث ناپایداری هایی در كنترل و مدارات اضافی شود. ناپایداری های سوییچینگ با گستره ای از تنشهای مكانیكی ناشی از عایقها در تجهیزات ولتاژ بالا در ارتباط است و ممكن است باعث تخریب لحظه ای و یا تدریجی تجهیزات و سیستم شود. به علاوه اینكه ناپایداری ها ممكن است یكسری تاثیرات در كنترل پست، سیستم های حفاظت، كامپیوترها و مخابرات داشته باشد.
كنترل سوییچینگ روشی برای حذف ناپایداری های مخرب در زمان عملیات سوییچینگ است.فرمان های باز شدن و یا بسته شدن كلید بگونه ای تاخیر داده می شوند تا باز شدن و یا بسته شدن كنتاكت در بهترین لحظه و زاویه فاز مر بوطه اتفاق بیفتد. بوسیله مفهوم كنترل سوییچینگ عملیات های برقدار كردن و بی برق كردن میتواند با توجه به وضعیت موج كنترل شده و هیچ ناپایداری مخربی تولید نشود.
٢ - سوییچینگ درشرایط غیرعادی
در یك سیستم تك فاز به سادگی ممكن است در زمان سوییچینگ ، ولتاژ به دو برابر مقدار نامی برسد و یا در زمان بستن یك خازن جریان به دو برابر جریان نامی برسد . با این وجود حتی این مقادیر را ما عادی تلقی می كنیم . منظورازشرایط غیر عادی شرایطی هستند كه ولتاژ و جریان از این مقادیر هم بیشتر می شوند. همه این شرایط ناشی از انرژی ذخیره شده در بخشی از سیستم هستند.
 1-2 برش جریان(Current chopping or current suppression)
گاهی پیش از آنكه جریان به صورت طبیعی صفر شود بر اثرباز شدن كنتاكتهای كلید و عملیات اطفای قوس جریان به طور ناگهانی صفر می شود. این پدیده به خصوص هنگام بازكردن كلید راكتورهای شنت و یا ترانسفورماتورهای بی باررخ می دهد. برش جریان ترانسفورماتور بی بار یا راكتور منجربه ایجاد اضافه ولتاژ گذرا میشود.
 2-2 تصعیدولتاژدرزمان سوییچینگ خازن
در زمان بستن خازن جریان هجومی ممكن است تنشهای سختی را به خازن تحمیل كند كه پدیده ای آشنا است . ولی باید دانست كه امكان بروز مشكل در هنگام قطع جریان خازنی وجود دارد كه می توان گفت مشابه پدیده ایست كه درزمان قطع جریان شار ژ یك خط رخ می دهد. جریان و ولتاژخازن 90 درجه اختلاف فاز دارند پس در زمانی كه جریان قطع می شود ولتاژ خازن بیشینه است . از طرفی ممكن است با اینكه هنوز تیغه های بریكر به اندازه كافی فاصله نگرفته باشند ولتاژ دو سر بریكر به 2P.U  برسد و اگر در این لحظه استقامت عایقی به اندازه كافی نباشد طبیعی است كه ضربه مجدد رخ می دهد. جریان در زمان ضربه مجدد جاری می شود و خازن به همراه راكتانس منبع یك مدار نوسانی تشكیل میدهد كه قطع این مدار میتواند ولتاژ دو سر كلید را تا 3P.U  افزایش دهد. به این پدیده تصعید(افزایش) ولتاژ می گویند.
3-2تصعید ولتاژدرزمان سوییچینگ راكتور
پس از آنكه احتراق مجدد (Reignition )رخ می دهد جریانهای I1 و  I2 در مدار جاری می شوند. كلید ممكن است در زمانی كه I1 برابر صفر می باشد جریان را قطع كند در حالیكه I2 صفر نیست پس مقداری انرژی در سیستم ذخیره شده است كه موجب ولتاژ حالت گذرا می شود و اگر استقامت الكتریكی بین تیغه های كلید نتواند این مقدار تنش را كه مولفه های فركانس بالا دار د تحمل كند مجددا می شكند و ادامه این ر وند می تواند موجب تصعید ولتاژ شود.
2-4 حالات گذرا درسیستم های سه فاز
هنگامی كه نقطه صفر یك سیستم سه فاز زمین شده باشد میتوان هر فاز را مستقل از د و فاز دیگر در نظر گرفت و آنها را به صورت سه فاز مجز ا تحلیل كرد و در این حالت بریكری كه اول مدار را قطع می كند شرایطی متفاوت از دو فاز دیگر ندارد اما در سیستمهای زمین نشده شرایط متفاوت است. یعنی كلیدی كه اول مدار را قطع می كند به علت جابجایی نقطه صفر شرایط سخت تری را تجربه می كند و دو كلید دیگر در زمان قطع مدار شرایط آسانتری را نسبت به كلید اول پیش رو خواهند داشت . در این شرایط كه نقطه صفر زمین نشده است ولتاژی كه بر روی كلید می افتد 50٪ بیش از ولتاژی است كه در سیستمهای با نقطه صفر زمین شده به كلید اعمال می شود.
٣-روشهای مدرن سوییچینگ
3-1 سوییچینگ خازنهای شنت
كنترل كننده سوییچنگ اصولا برای كنترل عملیات بسته شدن بانك های شنت استفاده می شود. یك خازن دشارژ شده هنگام اتصال به منبع ا نرژی شبیه به اتصال كوتاه عمل میكند. زمانی كه ولتاژ منبع بالاست ، برقراری اتصال باعث ناپایداری ولتاژ و جریان می شود. بسته به نوع پیكربندی شبكه ممكن است افزایش ولتاژ باعث شكسته شدن عایقها و آسیبب جدی تجهیزات ولتاژ پایین شود . كنترل كلید در ولتاژ صفر كلید ها ناپایداری مخرب را كاهش می دهد. برای بانك های خازنی با صفر زمین شده سه پل كلید باید به صورت پیاپی و فواصل زمانی0.166 سیكل بسته شوند(3/3 میلی ثانیه در فركانس 50 هرتز ). برای بانك های خازنی كه صفر آنها زمین نشده است دو كلید باید همزمان و در لحظه ای كه ولتاژ فاز -فاز صفر است بسته شوند و كلید سوم 0.25 سیكل (5 میلی ثانیه در فركانس 50 هرتز) دیرتر بسته می شود.
در حالتیكه از كلید های تك پل استفاده شود كنترل كننده سوییچنگ هر پل را بطور جداگانه و در زمان صحیح می بندد. سوییچینگ خازن شنت به عوامل زیر وابسته است :
·        نقطه صفر بار زمین شده باشد یا زمین نشده باشد.
·        فركانس سیستم.
اصولا باز كردن كلید های خازن شنت باعث ناپایداری سوییچینگ نخواهد شد . چرا كه كلیدها به گو نه ای طراحی گردیده اند كه كمترین ریسك ضربه مجدد را به محض قطع جریان داشته باشند . اگر چه در موارد خاص و با شرایط سخت ممكن است كنترل كننده سوییچینگ برای باز كر دن كلیدهای خازن شنت نیز استفاده شود . معمولاً برای كلیدها كمیتی به نام RDDS (Rate of Decrease of Dielectric Strength یا نرخ كاهش استقامت الكتریكی درنظر گرفته می شود. جهت آنكه اتصال در لحظه مناسب انجام شود باید RDDS  بسیار بیشتر از نرخ كاهش ولتاژ دو سر كلید باشد . در عمل RDDS همیشه مقدار ثابتی نیست به همین دلیل نقطه هدف كمی بعد از نقطه صفر ولتاژ در نظر گرفته میشود.
3-2 سوییچینگ راكتورهای شنت
شرایطی كه بر توالی و ترتیب سوییچینگ قطبهای كلید مؤثرند عبارتند از :
·        نوع هسته (SHELL TYPE. LIMBED)
·        نوع اتصال ( ستاره یا مثلث )
·        روش زمین كردن
به عنوان مثال اگر راكتور SHELL TYPE باشد فازها از هم مستقل هستند و بین فازها كوپلینگ وجود ندارد و این امر بر توالی سوییچینگ قطبها مؤثر است.
باز كردن كلید راكتورها می تواند موجب برش جریان شود و برش جریان اضافه ولتاژهایی بر روی راكتور تولید می كند كه  اندازه آن بین 1/2 تا 2 برابر ولتاژ نامی می تواند باشد و فركانس این نوسانات در حد چند كیلوهرتز است كه برای راكتور خطری ندارد اما اگر این اضافه ولتاژها موجب احتر اق مجدد شوند اضافه ولتاژهای بعدی چند صد كیلوهرتز خواهد بود. امواج با فركانس بالا به صورت یكنواخت بر روی سیم پیچ توزیع نمی شوند و ممكن است به عایق راكتور آسیب برسانند. در كلید های راكتور شنت بطور معمول كنترل كننده سوییچینگ برای عملیات باز كردن مورد استفاده قرار می گیرد. با كنترل فواصل اتصال كه به میزان كافی قبل از جریان صفرحادث می شود, می توان احتراق مجدد را حذف نمود . بسته شدن كلید های ر اكتور شنت نیز در چندین مورد كنترل می شود. سوییچینگ در این حالت شبیه به برقدار كردن ترانسفورماتور بدون بار است و ممكن است باعث اعوجاج شدید جریانی و تنشهای الكترومكانیكی شود . معمولا كلید های راكتور شنت به دلیل سطح مجاز ولتاژ به صورت تك پل استفاده می شوند.
3-3 سوییچینگ ترانسفورهای قدرت
در كلید های ترانسفورماتور ، كنترل كننده سوییچینگ برای كنترل عملیات بسته شدن مورد استفاده قرار می گیرد تا جریان شدید ورودی را محدود كند . برقدار شدن كنترل نشده در یك وضعیت موج نامناسب باعث یك جریان شدید و ضعیف میرادر ورودی خواهد شد كه نتیجه آن تنشهای مكانیكی در سیم پیچی ها و تداخل فركانسی در ثانویه در نتیجه اعوجاج جریانی و اختلال در شبكه بوسیله هارمونیك های جریان می باشد.
اصولا سه روش برای كنترل كلید های ترانس وجود دارد:
·        اگر فلوی پسماند قابل صرف نظر كردن باشد می توان تنها كنترل بستن را به كار برد. با این فرض دامنه جریان های هجومی محدود خواهد شد.
·        عمل باز كردن كلید به منظور داشتن فلوی پسماند معین قابل كنترل بوده و عمل بستن كلید به منظور محدود كردن جریان هجومی كنترل می شود.
·        باز كردن كلید به صورت تصادفی صورت می گیرد. به صورتی كه شار پسماند حاصل بر اساس ولتاژدریافتی ازCVT مجاور ترانس بدست می آید. براساس شار پسماند محاسبه شده عمل بستن كنترل شده تا جریان هجومی كاهش پیدا كند.
3-3-1 برقدار كردن ترانسفورماتور بدون درنظر گرفتن شار پسماند
اگر نقطه صفر به زمین متصل شده باشد ابتدا یك فاز در لحظه ماكزیمم بودن ولتاژ بسته می شود اما اگر نقطه صفر زمین نشده باشد دو فاز به صورت همزمان بسته می شوند. كلیدهای فاز یا فازهای بعدی در زمانی بسته می شوند كه شار جاری درهسته مربوط به آن فازها پس از بستن كلیدهای فازها یا فازاول مشابه با شاری باشد كه در شرایط دایم در آن هسته جاری خواهد شد.
3-3-2 برقداركردن ترانسفورماتور با در نظر گرفتن شار پسماند
الف) بدون استفاده از باز شدن كنترلی:
در این حالت باز كردن كلید ترانسفورماتور به صورت كنترل شده نیست . اما با استفاه از CVT های سر ترانسفورماتور و انتگرالگیری از ولتاژ شار به دست می آید.
ب) با استفاده از باز شدن كنترلی:
در این حالت باز كردن كلید به صورت كنترل شده انجام می شود تا در هنگام بستن كلید و برقدار شدن ترانسفورماتورجریان هجومی كمینه باشد . معمولاً برنامه ریزی به نحوی انجام می شود كه جریان بی باری در لحظه گذر از صفر قطع شود و شار پسماند مینیمم باشد . در این حالت كلید باید دارای سه مكانیزم باشد.
برتری این روش نسبت به روش قبلی آن است كه چنانچه قطع ترانسفورماتو ر به دلیل وقوع خطا هم صورت گیرد برقدار كردن بعدی باز هم كنترل شده خواهد بود . اما در حالت پیشین چون تریپ های حفاظتی مستقیم به كلید ارسال می شوند و بی برق كردن كنترل نشده است برقد ار كردن هم كنترل نشده خواهد بود.
4-3قطع و وصل خطوط انتقال
در خطوط و شبكه های( EHV (Extra High Voltage ولتاژ ضربه قابل تحمل سیستمP.u 2-3  است و لذا اضافه ولتاژها باید تحت كنترل باشند . قطع و وصل پیش بینی شده خط اضافه ولتاژهای زیادی ایجاد نمی كند زیرا ولتاژ خط صفر است و بارها كاملاً تخلیه شده اند . اما دوباره برق داركردن خط مخصوصاً به هنگام باز- وصل، اضافه ولتاژهای بسیار زیادی ایجاد می كند چرا كه بارهای به دام افتاده هنوزتخلیه نشده اند . هر چقدر اختلاف ولتاژ دو سر كلید بیشترباشد ممكن است پلارتیه ولتاژ خط و منبع با یكدیگرمتفاوت باشد ولتاژهای گذرای بعدی بیشتر خواهند بود به ویژه آن هنگام كه سر دیگر خط باز باشد.
1-4-3برقدار كردن خطوط جبران نشده(بدون راكتور شنت )
الف) بدون در نظر گرفتن بار خط:
تنها ولتاژ سمت منبع تحلیل می شود و در لحظه صفر ولتاژكلید بسته می شود. با این روش می توان انتظار داشت اضافه ولتاژ تا حد زیادی محدود شود . بهتر است از كلیدی استفاده شود كه RDDS زیادی داشته باشد.
ب) با در نظر گرفتن بار خط:
در این روش ولتاژ سمت خط هم در نظر گرفته می شود . بعد از قطع كلید ، ولتاژ خط كه یك مقدار dc است همان مقدار قبل از قطع كلید لحاظ می گردد و كلید زمانی بسته خواهد شد كه ولتاژ دو سر آن مینیمم باشد . پس از 20 ثانیه خط بدون بار در نظر گرفته می شود.
2-4-3برقداركردن خطوط جبران شده(با راكتور شنت )
در این حالت ولتاژ خط به صورت نوسانی به تدریج صفر می شود. فركانس آن بین 30- 55 هرتز است و فركانس آن بستگی به در صد جبران خط دارد . فركانسهای طبیعی دیگری هم داریم كه به جابجایی فازها بستگی دارند . این فركانسها چندان مهم نیستند . ولتاژ دو سر كلید تركیب این دو ولتاژ است كه ولتاژ پالسی خواهد بود كه بین صفر تا 2 P.u تغییر می كند. تزویج متقابل فازها موجب می شود تا ولتاژ دو سر كلید برای فازهای دیگر متفاوت از آنچه كنترل كننده پیش بینی كرده است باشد . از این تغییرات هم می توان صرفنظر كرد . طبیعت نوسانی ولتاژ باعث می شود كه بتوان آنرا توسط CVT ها آشكارسازی نمود و فرمان بستن زمانی صادر می شود كه ولتاژ دو سر كلید صفر باشد.
۴- كنترل تطبیقی (Adaptation control)
كنترل تطبیقی میتواند هم برای عملكرد بستن مدار یك كلید و هم برای باز نمودن آن مورد استفاده می باشد. گاهی به دلیل تغییر شرایط كاری كلید، انحرافی در عملكرد كنترل كننده پیش می آید. ازجمله عواملی كه ممكن است زمان عملكرد كلید را دچار تغییر نمایند برای مثال می تواند افزایش تدریجی سطح سوختگی كنتاكت ها و تغییر درجه حرارت محیط و نوسانات ولتاژ باشد . روش كنترل تطبیقی به این صورت است كه خطای دریافت شده از هدف نهایی در عملیات كنترلی بعدی به طور خودكار جبران خواهد شد . اگر لازم باشد كلید در زمان عملكردی محاسبه شده تغییری ایجاد نماید، یك سیگنال بازخورد تطبیقی توسط سنسور یا ترانسدیوسر، كمی زودتر یا كمی دیرتر از زمان مورد انتظار در اختیار كنترل كننده قرار می گیرد. بنابراین و قتی خطایی توسط كنترل كننده دیده شد، یك زمان انتظار داخلی برای عملكرد بعدی بوجود می آورد تا كلید را به سمت زمان مورد انتظار راهنمایی نماید. برای كلیدهای تك قطبی، كنترل تطبیقی می تواند برای هر قطب به طور مجزا انجام گیرد و در حالت كلیدهای سه قطبی تنها یك قطب تحت نظارت قرار می گیرد و دیگر قطب ها به صورت مكانیكی به همان قطب كنترل شده متصل هستند.
۵-نتیجه گیری
در این مقاله كنترل كننده سوییچینگ ها برای كلید های قدرت مورد مطالعه قرار گرفتند . استراتژی های مختلف سوییچینگ برای خازن های شنت ، راكتور های شنت ، ترانسفورماتور های قدرت و خطوط انتقال مورد بحث قرار گرفت و نكات لازم در مورد باز و بسته كردن كلید در حالات فوق الذكر مطرح گردید .
در مورد آیتم شماره 4 این توضیح ضروری است كه در هنگام باز كردن مدارهای سه فاز در مدار اضافه ولتاژ ایجاد می شود كه مقدار اضافه ولتاژ دو سر كلید از2/4 برابر ولتاژ فا ز به نول بیشتر نمی شود . چون كلید و دیگر تجهیزات شبكه می توانند این مقدار را تحمل كنند در هنگام باز كردن نیازی به كنترل كننده نمی باشد . طبق مطالب گفته شده با استفاده از كنترل كننده سوییچینگها می توانیم ناپایداریهای مربوط به سوییچینگ را از بین ببریم.

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :