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

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

انرژی الکتریکی و نیاز روز افزون به آن یکی از قسمت های ضروری زندگی انسان در جامعه کنونی هستند. تامین انرژی الکتریکی برای کارهای روزمره ما در استفاده از کامپیوتر های شخصی گرفته تا مصارف روشنایی حیاتی است.چنین منابعی باید استاندارد های کیفیت و در دسترس بوده را داشته باشند.
تخمین و مشخص کردن کیفیت منابع انرژی مشکل است اما میتوان با مقادیری مثل ولتاژ و فرکانس، نسبی مشخص کرد.یا میتوان سطح اغتشاش قابل قبول مثل هارمونیک ها یا ضربان ولتاژ (1) را مشخص کرد.اما از طرف دیگر در دسترس بودن منابع به راحتی مشخص می شود.یعنی به ازای هر مقدار تقاضا انرژی موجود باشد (2).
امروزه سیستم های قدرت شبکه های بسیار پیچیده ای شده اند که از نیروگاه های بزرگ و سیستم های انتقال و ... تشکیل شده اند. برای نگه داشتن کیفیت و در دسترس بودن انرژی الکتریکی در چنین شبکه پیچیده ای سیستم های کنترل و حفاظت باید طراحی شوند تا سیستم را از هر گونه شرایط غیر عادی ایمن کنند.هر اغتشاشی در سیستم باید به سرعت آشکار شود و منبع اغتشاش باید از سیستم جدا شود که از طریق کلید زنی های سریع (3) امکان پذیر است.کلید زنی فقط برای جدا سازی منبع اغتشاش از سیستم نیست بلکه برای وصل یا قطع یک قسمت از سیستم برای رسیدن به چند نیز از کلید زنی استفاده می شود. هر عملکرد کلید زنی به معنای تغییر وضعیت سیستم است ازآنجا که تغییر بین دو وضعیت در حالت فیزیکی به طور کامل ممکن نیست لذا یک حالت گذرا در طی عمل کلید زنی پدید می آید که می تواند به فرم اضافه ولتاژ یا اضافه جریان باشد.
ولتاژ های اضافی در سیستم قدرت که در طی عمل کلید زنی تولید می شوند به اضافه ولتاژ های گذرا معروف هستند.اضافه ولتاژ های کلید زنی گاهی اوقات بسیار مهم هستند و باعث وقوع خطا یا کاهش عمر تجهیزات شبکه یا شکست عایقی می شوند.تجهیزات سیستم قدرت برای اضافه ولتاژ هایی که انتظار میرفت طراحی شده اند و اما برای افزایش آستانه تحمل اضافی ولتاژ عناصر شبکه باید هزینه بیشتری پرداخت.لذا هر گونه عملی که منجر به کاهش اضافه ولتاژ های موجود در سیستم قدرت شود به معنای صرفه جوئی و کاهش هزینه سرمایه گذاری سیستم است.
چندین روش برای کاهش اضافه ولتاژ های کلیدزنی وجود دارد:

برقگیر

کنترل کلید زنی
به کار گیری مقاومت در ساختار کلید
در میان روش های فوق استفاده از روش کنترل کلید زنی مدارشکن ها یک روش مناسب برای کاهش اضافه ولتاژ های گذرا در برخی شرایط (بارهای)خاص است.
در تکنیک کنترل کلید زنی دو مرحله بحرانی وجود دارد.اولی نقطه عملکرد بهینه در ولتاژ یا جریان مرجع باید محاسبه شود تا اضافه ولتاژ گذرا کمینه شود. ولی نقطه عملکرد بهینه به بار وابسته است. دومی لحظه اعمال دستور عملکرد در مدار شکن باید محاسبه شود به طوری که مدار شکن در قبل از لحظه محاسبه شده عمل نماید. برای رسیدن به این هدف زمان عملکرد مدار شکن باید معین باشد.اگر چه زمان عملکرد مدار شکن به پارامترهای محیطی و عملکردی وابسته است لذا در کاربرد های کنترل کلید زنی این زمان نیز باید به حساب بیاید.می توان گفت عملکرد کنترل کلیدزنی به دو فاکتور مهم وابسته است:یکی نوع باری که باید کلید زنی شود و دومی مشخصات عملکردی که خاص خود مدارشکن مورد استفاده است.برای انتخاب یک کاربرد کنترل کلیدزنی مناسب،یک فهم عمیق از پدیده افزایش ولتاژ ناشی از کلید زنی و عملکرد مدارشکن ضروری می باشد.
کنترل کلیدزنی یک موضوع جدید نیست و بیشتر از 40 سال پیش مطرح شده است اما به طور وسیعی مورد استفاده قرار نمی گیرد به این علت که رشد تکنولوژی آن در دهه اخیر صورت گرفته است نتیجه یک تحقیق پیمایشی (4) که در گروه A3.037از CIGRE در مورد کاربرد کنترل کلید زنی در فاصله زمانی 1984 تا 2001 انجام شده در جدول 1-1 نشان داده شده است.[3]. یک نکته قابل توجه در جدول فوق کاربردهای استفاده از خازن شنت است.در کلید زنی خازن شنت با کنترل کلید زنی می توان اضافی جریان گذرای کلید زنی را در مرحله بسته شدن کلید و اضافی ولتاژ گذرا در باز شدن کلید را کاهش داد.بانک های خازنی در سطح ولتاژ خطوط توزیع جهت تصحیح ضریب توان استفاده می شوند.اگرچه در سطح ولتاژ انتقال تصحیح ضریب توان لازم نیست اما بانک های خازنی جهت رگولاسیون ولتاژ استفاده می شوند.
در مورد کلیدزنی رآکتور شنت کنترل کلیدزنی جهت کاهش اضافی جریان در بسته شدن کلید و در باز شدن کلید به منظور کاهش اضافه ولتاژ استفاده می شود.کنترل کلیدزنی مشهورترین تکنیک در کاربردهای کلیدزنی رآکتور شنت است.
از کنترل کیدزنی برای کاهش اضافه ولتاژ مواجه شده در خطوط هوایی نیز در باز و بسته شدن مجدد(5) استفاده می شود.کنترل کلیدزنی در این مورد مزیت هایی مثل کاهش ایزولاتور ها و استفاده از خطوط هوایی کمپکت بیشتری را تضمین می کند.در ضمن افزایش سطح ولتاژ یک خط نیز با استفاده از این تکنیک امکان پذیر است.روشهای سنتی کاهش اضافی ولتاژ مثل مقاومت های اضافه شده به کلید هزینه بر بوده و و قابلیت اطمینان مدار شکن را کاهش می دهد.استفاده از کنترل کلیدزنی این هزینه را حذف می کند.این کاهش هزینه ساختار و کاهش هزینه عملکرد کنترل کلیدزنی را به یک روش بسیار جالب تبدیل می کند که امروزه به یک تکنیک مرسوم و قابل قبول تبدیل شده است.
امکان کاربرد و جزئیات کلیدزنی مستقیما به تکنولوژی و توانائی مدارشکن بستگی دارد.

انواع اضافه ولتاژ ها:

1-اضافه ولتاژهای رعد و برق:

اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از برخورد صاعقه به خطوط انتقال (و همچنین عملیات کلید زنی)در تعیین سطوح عایقی تجهیزات و دستگاههای محافظت در مقابل صاعقه اهمیت زیادی دارند.
هنگامی که خط با ثابت های توزیع شده در معرض یک اغتشاش مانند برخورد صاعقه قرار میگیرد امواج ولتاژ و جریان بوجود می آیند ، این امواج در طول خط با سرعتی نزدیک به سرعت سیر نور به حرکت در می آیندبه محض رسیدن این امواج به ترمینال های خط ، امواج ولتاژ و جریان انعکاسی به وجود می آیند و در طول خط بر می گردند و با امواج اولیه ترکیب می شوند . به خاطر وجود تلفات ، امواج سیار بعد از چند انعکاس تصنیف شده و از بین می روند.همچنین اندوکتانس های سری سیم پیچ های ترانسفورماتور به طور موثری اغتشاشات را بلوکه می نمایند و بدین صورت از ورود آنها به سیم پیچ های ژنراتورجلوگیری می کنند.
به هر حال انعکاس چند باره موج می تواند باعث تقویت اضافه ولتاژ شده و ولتاژ تا سطحی افزایش یابد که سبب ایجاد جرقه روی عایق ترانسفورماتور یا خط و نهایتا باعث آسیب دیدگی آن شود.
کلید های فشار قوی که می توانند در 50mS قطع کنند خیلی کند تر از این هستند که در مقابل صاعقه بتوانند عملیات محافظت را صورت دهند.امواج صاعقه می توانند در چند میکرو ثانیه به حداکثر مقدار خود برسند.این امواج آن قدر سریع هستند که قبل از این که کلید فشار قوی بتواند باز شود عایق را تخریب می کنند. چون منبع بروز این اضافه ولتاژها عملاً خارج از شبکه می باشند اضافه ولتاژهای خارجی نامیده می شوند.

2-اضافه ولتاژهای قطع و وصل:

در هنگام قطع و وصل کلید ها و وارد و خارج کردن تجهیزات و دستگاههای فشار قوی نظیر ترانسفورماتور ها ، خازن ها و راکتور ها یا جدا کردن قسمتهای مختلف شبکه از یکدیگر ، ولتاژ شبکه به طور موقت و برای کوتاه مدت از مقدار اسمی و تعیین شده خود تجاوز کرده و ایزولاسیون شبکه را در مناطق مختلف آن تحت تاثیر قرار داده شرایط بروز قوس در آنان را فراهم می سازد.هر گونه افزایش و تجاوز ولتاژ از مقدار اسمی به منزله اضافه ولتاژ محسوب گردیده لازم است از بروز آن به شبکه جلوگیری شود.به منظور جلوگیری از بروز قوس در ماده ایزوله لازم است سطح ایزولاسیون شبکه با توجه به دامنه اضافه ولتاژهای ظاهر شده در شبکه انتخاب شود.به همین علت شناخت درصد و دامنه اضافه ولتاژها حایز اهمیت فراوان می باشد.
در ولتاژهایU<220KVدامنه اضافه ولتاژهای قطع و وصل محدود بوده احتمال بروز قوس در آنان تحت تاثیر این اضافه ولتاژها ناچیز می باشد. آنچنان که طرح سیستم ایزولاسیون تجیزات شبکه و خطوط انتقال انرژی تنها با انجام پیش بینی های خاص جهت کاهش دامنه اضافه ولتاژها امکان پذیر می گردد.
در ولتاژهای بالایkv 450-700 Uدامنه و درصد بروز اضافه ولتاژ های قطع و وصل به طور قابل ملالحظه ای افزایش می یابد.
چون منبع این اضافه ولتاژهای عوامل داخلی شبکه نظیر کلید ها و ترانسفورماتورها و غیره می باشند لذا به اضافه ولتاژهای داخلی موسوم می باشند.

3-اضافه ولتاژ های موقت:

اضافه ولتاژ های موقت افزایش ولتاژهای شبکه و تجاوز آنرا از مقدار اسمی فرکانس 50 شامل می گردند.افزایش ولتاژ اسمی شبکه تا بیش از مقدار اسمی آن برای مدت طولانی ادامه نیافته با توجه به پیش بینی های صورت گرفته در شبکه در فواصل معین مقدار اسمی خود را باز می یابد.
به عنوان مثال در فاصله ی زمانی برقراری جریان عیب و یا در فاصله زمانی بی باری خط ولتاژ شبکه از مقدار اسمی خود تجاوز کرده یا به صورت ولتاژ اضافه موقت ظاهر می گردد.به علت کوتاهی فاصله زمانی و موقتی بودن اضافه ولتاژ افزایش به ترتیب فوق اصطلاحاً به اضافه ولتاژ موقت معروف می باشد.

1-2 مقدمه

کلیدزنی به معنای تغییر در وضعیت سیستم قدرت است به طوری که یکی قسمت از سیستم قدرت وصل یا قطع می شود و ساختار سیستم را تغییر می دهد به گونه ای که این ساختار در وضعیت قبل وجود نداشت.چنین تغییری ممکن است باعث پاسخ سیستم در یک وضعیت تعدیل دیگر شود.پاسخ های داخل سیستم مثل اضافه ولتاژ یا اضافه جریان یک عمل کلید زنی را حالت گذرای کلیدزنی گویند. عمل کلیدزنی که منجر به پاسخ گذرا میشود ممکن است وقفه جریان بعد از خطا یا کلیدزنی معینی مثل رآکتور،خازن،ترانسفورمر یا خط انتقال باشد.اضافه ولتاژ های کلیدزنی عامل اصلی شکست عایقی در تجهیزات سیستم قدرت هستند. وجود چنین اضافه ولتاژهایی ما را مجبور می کند تا در طراحی تجهیزات سیستم استقامت الکتریکی در مقابل چنین تغییراتی را در نظر بگیریم.واضح است که سطح ایزولاسیون بالا به معنای هزینه بالاست و از طرفی مقرون به صرفه نیست که در طراحی سیستم تمامی اضافه ولتاژهای موجود را در نظر بگیریم در نتیجه باید با یک مصالحه مشکل موجود را حل کرد.مثلا کاهش دادن اضافه ولتاژ به کمترین حد ممکن و ایزولاسیون نیز به پائین ترین حد مطمئن کاهش یابد.شایان ذکر است که کلیدزنی عامل منحصربفرد اضافه ولتاژ در سیستم قدرت نیست مثلا همان طور که اشاره شد صاعقه نیز یکی از عوامل اضافه ولتاژ است.اگرچه سطح ایزولاسیون تجهیزات سیستم قدرت در سطح فوق فشار قوی از روی اضافه ولتاژ های کلیدزنی به علت شدت بالای آن محاسبه می شود.از این رو محدود کردن موفق و مطمئن اضافه ولتاژ های کلیدزنی در این سطح به معنای کاهش سرمایه گذاری عایقی در تجهیزات سیستم قدرت است.
کنترل کلیدزنی یکی از روش هائی است که برای کم کردن اضافه ولتاژ های کلیدزنی و اثرات آن استفاده می شود.برای مشخص کردن قواعد کاربرد کنترل کلیدزنی برای موارد مختلف فهم عمیق مکانیزم پشت هر اضافه ولتاژ کلیدزنی بسیار مهم است.در ادامه اضافه ولتاژ کلیدزنی مربوط به خط،کابل و رآکتور شنت مورد بحث قرار می گیرند از آنجا که بیشترین عامل اضافه ولتاژ ها در شبکه های فوق فشار قوی هستند.

2-2 کلیدزنی خطوط هوائی

خطوط هوائی بی بار رفتار خازنی از خود نشان می دهند و عمل کلیدزنی در این مورد را باید مثل کلیدزنی جریان خازنی دید.در ادامه تاکید بر روی خطوط هوائی است اما می توان این توصیفات را به کابل ها و بانک های خازنی نیز تعمیم داد.

2-2-1- باز شدن مدار شکن (6)

حالت گذرای ناشی از باز شدن خط با بار خازنی را می توان با یک مدار تکفاز ساده نشان داد.
دامنه جریان خازن در مقایسه با جریان اتصال کوتاهی که مدارشکن برای آن طراحی شده است کوچک است(برای مثال در حد چندین آمپر برای خطوط هوائی بی بار). بنابراین قطع چنین جریان کوچکی کار سختی نیست حتی اگر زمانش خیلی کم باشد.در بار های خازنی جریان از ولتاژ خازن90 درجه پیش فاز است.در لحظه قطع جریان(مثلا جریان صفر) ولتاژ روی مدار شکن و بار خازنی در ماکزیمم مقدار خود است. بعد از جدا شدن کنتاکت ها مقداری بار در خازن ها ذخیره می شود (7) و ولتاژ خازن با گذشت زمان میرا می شود.
اگر فرمان باز شدن کنتاکت ها به مدارشکن در لحظه ی صفر جریان یا نزدیکی آن داده شود جریان با یک جرقه سریع قطع می شود.همان طور که در شکل 2 مشاهده می شود درزمانی که کنتاکت های مدارشکن از هم جدا می شوند TRV عبوری از مدارشکن افزایش می یابد درنتیجه ولتاژ در طرف منبع تغییر می-کند.بعد از نیم سیکل TRV به 2پریونیت می رسد.وقتی TRV به بیشترین مقدار خود می رسدممکن است مدارشکن استحکام کافی را نداشته باشد ومنجر به شکست دی الکتریک شود.در این موارد خازن از طریق کانال جرقه زنی درفرکانس طبیعی مدار شکن تخلیه می کند.
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
با فرض اینکه ولتاژ در طول دوره restrike ثابت می ماند بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
داریم: بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
با تبدیل لاپلاس گیری از معادله فوق داریم:
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
چون جریان اولیه صفر است داریم:
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
جریان در حوزه لاپلاس براحتی از رابطه فوق محاسبه می شود با تبدیل به حوزه زمان داریم:
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
به همین ترتیب برای ولتاژ خازن داریم:
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
مشاهده می شود که ولتاژ روی ترمینال های مدار شکن ممکن است حتی به 3پریونیت هم برسد.وقتی بعد از نصف پریود منبع با پلاریته معکوس وصل شود TRV روی مدارشکن حتی به 4پریونیت هم میرسد.[17]
حتی اگر کنتاکت های مدارشکن در زمان معین حرکت کندممکن است TRV هنوز زیاد باشد که منجر به یک قوس مجدد (8) دیگر شود.وقتی قوس مجدد تکرار شود مقدار خیلی زیادی TRV بوجود می آید که موجب جرقه زنی در بیرون قطع کننده شود.
بدترین وضعیت خیلی بندرت رخ می دهد پس ازآنجا که اولین قوس مجدد قبل از پیک TRV رخ می دهد و جریان قوس مجدد در این صفر جریان قطع نمی شوداما در صفرهای بعدی جریان قطع می شود.پس بارهای به دام افتاده (9) در خازن کم اهمیت(مقدار کمتر) تر از مقدار داده شده در بدترین حالت است.[17]
ترتیب رخدادها برای قطه جریان خازنی در یک مدار ساده فوق مورد بررسی قرار گرفت.اما در موارد واقعی برای کلیدزنی خطوط هوائی بی بار یا کابل هر سه فاز باید مورد مطالعه قرار گیرد.علاوه بر این کاپاسیتانس بین خطوط برای خطوط هوائی باید به حساب بیاید و در برخی از ساده سازی ها نیز باید تجدیدنظر به عمل بیاید.در موارد واقعی قطع جریان خازنی سه فاز اضافی ولتاژ محدود است.این تفاوت در اضافه ولتاژ های کلیدزنی بین مدل ساده مدار تکفاز و مورد سه فاز واقعی از موارد زیر تاثیر می پذیرد:
1-افزایش ناگهانی ولتاژ سمت منبع
2-ولتاژ اولیه سمت خط که از اثر فرانتی افزایش یافته است
3-افزایش مکرر ولتاژ در انتهای خط
وقتی مدارشکن بسته است ولتاژ لحظه ای ترمینال سمت منبع بیشتر از منبع است این اثر با عنوان اثر فرانتی شناخته می شود و بوسیله خازن ها که مثل منبع توان راکتیو عمل می کنند موجب می شود.[9] بعد از قطع جریان ولتاژ سمت منبع با یک موج گذرای ولتاژ که جهش اولیه (10) نامیده می شود به V میرسد.[17]. این جهش اولیه ولتاژ باعث یک تغییر تند در ولتاژ سمت منبع می شود که ممکن است منجر به شکست حرارتی و جرقه متوالی در محفظه قطع شود.وقوع یک جرقه قبل از قطع جریان زمان جرقه زنی را طولانی تر می کند و فاصله بزرگتری را بین ترمینال های مدارشکن وقتی جریان در عبور از صفر بعدی قطع می شود، فراهم می آورد بنابراین خطرقوس مجدد را کاهش می دهد.
با توجه به آنچه ذکر شد خطوط هوائی بی بار را می توان با یک خازن نشان داد.وقتی خط کوتاه است(کوچکتر از 200کیلومتر) این خازن را می توان با یک المان فشرده (11) مدل کرد.اما وقتی خط بزرگتر می شود خازن باید به صورت گسترده (12) مدل شود.به علت گسترده بودن سلف و خازن خط، مقدار پیک ولتاژ در طرف انتهای(دریافت) خط بیشتر از سمت مدارشکن(ارسال) است[13]. بعد از قطع جریان ولتاژ خط نوسانی مانند جهش اولیه ولتاژ در سمت منبع دارد.امواج سیار تولیدی در این حالت باعث افزایش اضافه ولتاژ و خطر قوس مجدد میشوند.به همین علت خطوط هوائی و کابل ها مثل یک خازن بین زمین خط نشان داده می شوند.اما در حقیقت بایستی بین فاز ها نیز خازن در نظر گرفته شود.
2-2-2 بسته شدن مدارشکن (13)
بسته شدن مدارشکن در خطوط انتقال هوائی ممکن است منجر به اضافه ولتاژ های قابل توجهی شود و معمولا در اولین در مواقعی که خط انرژی دار تحت وصل مجدد سریع (14) قرار میگیرد این اثر بیشتر است.اضافه ولتاژ های کلیدزنی در خطوط هوائی را می توان با مدار تکفاز شکل زیر مدل کرد.
قبل از کنتاکت های مدارشکن به علت یک پیش ضربه (15) به هم برسند یا به هم متصل شوند اختلاف ولتاژی در بین ترمینال های مدارشکن وجود دارد.در یک لحظه زمانی که مدارشکن عمل می کند این ولتاژ به طرف خط و طرف منبع به شکل امواج سیار تحمیل می شود.ولتاژ های اعمال شده از روابط زیر بدست می ایند:
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
در روابط فوق V ولتاژ بین ترمینالهای مدارشکن قبل از بسته شدنبررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرتولتاژ اعمال شده به سمت منبع و بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت ولتاژ اعمال شده به سمت خط است و بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت نیز به ترتیب امپدانس مشخصه سمت منبع و سمت خط است.در خطوط معمولا بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت در نتیجه بیشتر این ولتاژ به سمت خط اعمال می شود.[18]
شدت این اضافه ولتاژ به شرایط سیستم وابسته است.اگر در خط انتقال ولتاژی وجود نداشته باشد ولتاژ بین ترمینال های مدار شکن فقط در محدوده صفر تا ولتاژ نامی شبکه بالا می رود.بدترین حالت زمانی رخ می دهد که ولتاژ سمت منبع در بیشترین مقدار خود باشد و انتهای خط مدار باز باشد(خط بی بار) در چنین شرایطی ولتاژ انتهای خط تا 2 پریونیت نیز بالا خواهد رفت.شکل زیر نشان دهنده ولتاژ انتهای خط در این حالت و زمانی که از مقاومت خط صرف نظر شود، است.
در صورتی که خط دارای مقاومت اهمی قابل توجهی باشد اضافه ولتاژ انتهای آن به مرور زمان میرا شده و به مقدار نامی خود می رسد.این حالت نیز در شکل 2-4 نشان داده شده است.
اگرقبل از وصل مدارشکن در خط بار ذخیره شده(16) وجود داشته باشد(در خازن خط) مثل آنچه قبلا گفته شد.ولتاژ بالا می رود امادر شرایطی خاص مثل وجود ولتاژ به اندازه پیک منفی در خط و کلیدزنی در پیک مثبت ولتاژ باعث افزایش بیش از 3 پریونیت ولتاژ خواهد شد.با در نظرگرفتن اثر برگشت امواج سیار وقتی انتهای خط به صورت مدار باز است اضافه ولتاژ حتی به 4 پریونیت نیز می رسد.[8].شکل 2-5 ولتاژ انتهای خط را در حالت فوق نشان می دهد.
شکل موج قرمز رنگ ولتاژ انتهای خط را نشان می دهد و شکل موج سبزرنگ وضعیت مدارشکن و شکل موج قرمز رنگ ولتاژ منبع یا همان ولتاز ابتدای خط است.
مشاهده می شود که در لحظه وصل مدارشکن ولتاژ به اندازه 4 پریونیت تغییر ناگهانی داشته است. در تمامی بحث های فوق فقط یک مدل ساده از خط تکفاز مدل شده است در صورتی که در حقیقت چنین نیست. برای مدلسازی دقیق بایستی اثر هر سه فاز لحاظ شود و کلید زنی در بارهای مختلف و وجود رآکتور شنت و بانک های خازنی انجام شده و مورد بحث قرار گیرد.
در خطوط فوق فشارقوی برای حفظ و بهبود پایداری و قابلیت اطمینان شبکه استفاده از کلیدهای وصل مجدددر زمان بعد از رفع خطا یک کاربرد عادی و مرسوم است.وقتی مدارشکن خط سه فاز را که تحت خطای نا متقارن قرار گرفته است قطع می کند خطوطی که مورد خطا واقع نشده اند دارای شارژ(ولتاژ هستند).این فاز(ها) به یک مسیر جهت تخلیه شارژ باقی مانده دارند در چنین شرایطی اگر خط دارای رآکتور شنت باشد خط انتفال با فرکانس طبیعی مدار از طریق رآکتور شنت تخلیه می شود.و این نوسان (رزونانس) به علت وجود میرائی(مقاومت) به صفر کاهش خواهد یافت.در موردی که خط مجهز به رآکتور شنت نباشد،که معمولا خطوط با طول متوسط این چنین است،و ترانسفورمرهای ولتاژخازنی به جای ترانسفورمرهای ولتاژ سلفی استفاده می شود مسیر تخلیه بارها محدود تر است.در برخی شرایط مثلا هوای بسیار خشک ولتاژ خطوط انتقال ممکن است حتی چند ثانیه بعد از قطع جریان ثابت باقی بماند.[18,19] سطح ولتاژ باقی مانده در خطوطدر شکل 2-7 نشان داده شده است.[20]
در سطح فوق فشارقوی بعد از قطع جریان خطا کلیدوصل مجدد در یک بازه زمانی خیلی کوتاه عمل می کند زمان بین قطع جریان و صدور دستور بسته شدن که با نام زمان مرده مشخص است زمانی بین 0.3 ثانیه تا 1ثانیه است. در چنین دوره کوتاهی بار ذخیره در خط(های) سالم در بدترین حالت در حوالی مقدار ماکزیمم ولتاژ شبکه است.اگر مدار شکن در پیک مخالف وصل شود و انتهای خط مدار باز باشد اضافه ولتاژ تا بیش از 3 پریونیت خواهد بود.[15]
عواقب ناشی از اضافه ولتاژ خطوط هوائی فقط کاربرد های وصل مجدد را شامل نمی شود بلکه خیلی عوامل دیگری نیز وجود دارد.به عنوان یک مثال بعداز اولین بسته شدن مدارشکن، تزویج بین فازها را نیز باید در نظر گرفت.محاسبات تحلیلی برای حل معادلات مربوط به این حالت کمی مشکل خواهد بود امابا استفاده از شبیه ساز حالت گذرا (17) می توان حالات فوق را شبیه سازی نمود.البته با ذکر شودکه کلیدهای باز وصل برای کابل ها استفاده نمی شود و این به معنای این است که احتمال شارژ شدن کابلها خیلی کم است.[21]
2-3- سوئیچینگ رآکتور شنت
رآکتور های شنت در شبکه های فوق فشارقوی مخصوصا در خطوط بلند با هدف تنظیم ولتاژ استفاده می-شود.راکتور های شنت مکررا معمولا هر روز برای جبرانسازی بارگذاری سیستم مورد استفاده قرار می-گیرند. اضافه ولتاژهای گذرا در قطع جریان رخ می دهند.حالت گذرا برای بسته شدن کلید اضافه جریان می باشد. رآکتور های شنت ممکن است به صورت مستقیم یا با راکتور زمین به زمین وصل باشند یا اصلا به زمین متصل نباشند.در بیشتر موارد این راکتور ها به صورت مستقیم زمین شده اند.
2-4-1 باز شدن مدار شکن (18)
راکتور های شنت از تجهیزاتی هستند که مکررا سوئیچ می شوندواین کلیدزنی ها در حالی است که هیچ خطائی در سیستم رخ نداده است.در این موارد جریانی که باید قطع شود نسبت به دامنه جریان نامیکه مدارشکن برای آن طراحی شده است، دامنه کمی دارد.قطع این جریان کار مشکلی نیست اما اضافه ولتاژی که ممکن است به همراه داشته باشد شدید تر است.مدار ساده بازشدن راکتور شنت در زیر مشاهده می شود.
2-4-1- بسته شدن مدارشکن
برقدار شدن رآکتور های شنت از نقطه نظر اضافه ولتاژ مشکلی ندارند اما ممکن است باعث جریان هجومی بالائی شوند که آن هم ممکن است به سیم پیچی های رآکتور آسیب برساند که ممکن اسن منجر به عملکرد اشتباه رله ها گردد.
بدترین حالت زمانی است که مدارشکن در پیک ولتاژ عمل کند.حتی در این حالت نیز مقدار اضافه ولتاژ به 1.5 پریونیت نمی رسد.
جداول واشکال:
جدول 1-1 کاربرد های کنترل کلیدزنی نصب شده در فاصله بین 1984 تا 2001

 کاربرد

درصد استفاده از کنترل کلید زنی(2500مورد)

قطع یا وصل خازن شنت

64%

قطع یا وصل رآکتور شنت

17%

قطع یا وصل ترانسفورمر

17%

قطع یا وصل خط با ریکلوزر

2%

ترکیبی از قطع و وصل یک درمیان مدارشکن ها

7%

بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
شکل 2-1-خط تکفاز با بار خازنی
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
شکل 2-2-جریان و ولتاژ خازن در قطع شدن کنتاکت ها در لحظه عبور از صفر جریان
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
شکل 2-3 مدارمعادل کلیدزنی خط تکفاز
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
شکل 2-4- ولتاژ انتهای خط بی بار
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
شکل 2-5 ولتاژ انتهای خط بی بار با تلفات
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
شکل 1-6 ولتاژ انتهای خط در حضور بار ذخیره شده
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
شکل 2-7سرعت کاهش ولتاژ باقی مانده در خط انتقال
بررسی اضافه ولتاژها در سیستم های قدرت
شکل 2-8-مدار ساده کلید زنی رآکتور شنت

پی‌نوشت‌ها:

* دانشجوی دکتری مهندسی برق
1- Surge
2 -Ready on demand
3- Fast switching
4- Survey
5 - Reclosing
6- CB opening
7 -trapped charge
8- Restrike
9 -trapped charge
10 -initial jump
11- Lumped
12- Distributed
13- CB closing
14- Fast Auto-recloser
15- Prestrike
16- Trapped charge
17- EMTP
18 -Circuit-breaker opening

نویسنده:ساعد مرادی*

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 :