نوع فایل: word
قابل ویرایش 80 صفحه
چکیده:
در دنیای مدرن امروزی صنعت برق ، به عنوان عامل پیشرو و تعیین کننده در پیشرفت هر جامعه ایی محصول می شود به طوری که میزان پیشرفتگی و توسعه ی این صنعت در هر کشوری نشان دهنده ی دقت و سطح توانایی مهندسی آن کشور حساب می شود .
امروزه صنعت برق و انرژی الکتریکی به صدها شاخه ی مجزا اما مرتبط با هم تبدیل شده که بی شک نشان دهنده ی گستردگی و ارتباط تنگاتنگ این صنعت با موارد گوناگون زندگی بشر است . انرژی الکتریکی را می توان در سه مرحله ی تولید ، انتقال و توزیع در یک تقسیم بندی ساده و کلی بیان نمود اما آنچه امروزه نسبتاً از اهمیت بیشتری برخوردار است حفظ و نگهداری از سیستم های مربوط به این صنعت مهم و کاربردی می باشد . یکی از موارد مهم آسیب رسانی به سیستم های توزیع انرژی الکتریکی مقوله ی اضافه ولتاژ است که خود به تنهایی می تواندزیان های جبران نشدنی را به سیستم وارد کند در این گزارش تحقیقی سعی بر آن شده که نگاهی تشریحی هر چند اجمالی به مورد ذکر شده شود و مخاطب بتواند با مطالعه ی این گزارش با مقوله ی اضافه ولتاژ و انواع آن در سیستم های توزیع و نیز آسیب های ناشی از اضافه ولتاژ آشنا شود ، لیکن لازم است جهت فهمی عمیق و نیز کاربردی تر منابع اصلی رت مدنظر قرار داد زیرا بدون تامل مقوله ای حفظ و نگهداری در صنعت برق خود مبحث مجزا و گسترده ای است که بسیاری از درهای پیشرفت و توسعه در آن هنوز ناگشوده مانده است .
کلید واژه ها
شبکه توزیع ، خط هوایی ، برقگیر ، اضافه ولتاژ ، رزونانس ، فرو رزونانس ، اضافه بار ، افت ولتاژ ، کلید زنی
مقدمه:
در اثر برخورد امواج صاعقه به خطوط هوایی شبکه های توزیع شاهد بوجود آمدن امواج ضربه ای و انتشار آنها در انتشار آنها در هادیها می باشیم که اضافه ولتاژهای گذرا را در آنها ایجادمی نمایند لذا تبدیل خطوط هوایی با کابل های زمینی ، اضافه ولتاژهای تولید شده به کابلها نیز انتقال داده می یابند . از آنجایی که اضافه ولتاژها می توانند موجب آسیب دیدن عایق کابلها شوند ، بایستی با استفاده از نصب برقگیر در محلهای مناسب در شبکه توزیع از نفوذ اضافه ولتاژهای با دامنه های شدید به کابلهای توزیع جلوگیری گردد . در این جا به بررسی اثرات نصب برقگیرها در ابتدا ، انتها و وسط کابل پرداخته و ماکزیمم ولتاژ تولید شده در کابل در هر یک از این حالات مورد بررسی قرار می دهیم . در این بررسی ، شکل موج جریان ضربه ، خاصیت اندوکتانسی برقگیر ، ولتاژ سیستم و امپدانس موجی خطوط هوایی و کابل های زمینی مد نظر قرار دارند . در انتها نیز شبیه سازیهای انجام گرفته توسط نرم افراد ATP-EMTP برای بررسی حالات گذرای برخورد صاعقه به خطوط هوایی و انتشار آنها در کابلهای متصل در شبکه های توزیه دارای برقگیر و بدون آنها آورده شده است . همچنین نتایج بررسی های انجام شده در مورد دامنه اضافه ولتاژهای گذرا و اثرات آنها در دو نوع کابل متفاوت TR-XLPE و EPR مورد مقایسه قرار می گیرد .
در اثر برخورد امواج صاعقه و یا حتی بروز آن در مجاورت خطوط هوایی شبکه های توزیع ، امواج ضربه ای در هادیهای خطوط هوایی شبکه ایجاد و بسرعت منتشر می شوند که این امواجضربه ای تولید اضافه ولتاژهای گذرا را در خطوط هوایی نموده و بدلیل اتصال خطوط هوایی با کابلهای زمینی ، در طول کابلها نیز منتقل می شوند . با گذشت مدت زمان کاربری کابلها بتدریج از مقاومت الکتریکی عایقهای آنها کاسته شده و اضافه ولتاژهای با دامنه کافی می توانند منجر به شکستگی عایق کابل گردند و از اینرو محافظت کابلها در شبکه توزیع در مقابل پدیده صاعقه بسیار ضروری است . اگر صاعقه برخوردی به خط هوایی در فاصله نزدیکی نسبت به محل اتصال آن با کابل باشد آنگاه دامنه اضافه ولتاژهای ایجاد شده در کابل بسیار بیشتر از سطح ایزولاسیون اصلی کابل می گردد مگر آنکه توسط برقگیرها محافظت بیشتری از کابلها در مقابل اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه صورت گیرد .
لذا برای افزایش قابلیت اطمینان سیستم بایستی با استفاده مناسب از برقگیرها در شبکه توزیع ، سطح محافظتی کابلها را در مقابل اضافه ولتاژهای شدید افزایش داده تا از بروز عیب در سیستم جلوگیری گردد بطوری که در صورت استفاده از برقگیرها در چندین نقطه میتوان دامنه اضافه ولتاژها را در شبکه کابل تا حد زیادی کاهش داد . در این مقاله ابتدا به بررسی تئوری پدید برخورد صاعقه به خطوط هوایی و انتشار و انعکاس امواج ضربه ای در کابلها و خطوط هوایی شبکه توزیع می پردازیم و ماکزیمم دامنه اضافه ولتاژهای ایجاد شده در کابل را مورد بررسی قرار می دهیم . آنگاه با معررفی پارامتر طول بحرانی کابل و استفاده از برقگیرها در ابتدا ، انتها و وسط کابل شبکه توزیع مجدداً دامنه اضافه ولتاژهای ایجاد شده را محاسبه می کنیم .
در این بررسی ، شکل موج جریان ضربه ، خاصیت اندوکتانسی برقگیر و ولتاژ سیستم بعنوان پارامترهای اساسی بر دامنه اضافه ولتاژهای کابلها مدنظر قرار داشته و تحلیل های انجام شده بر اساس این پارامترها استوار است . در انتها نیز شبیه سازی های انجام گرفته توسط نرم افزار ATP-EMTP برای بررسی حالات گذرای برخورد صاعقه به خطوط هواییی و انتشار آنها در کابلهای متصل در شبکه های توزیع دارای برقگیر و بدون آنها آورده شده و همچنین نتایج مقایسه دامنه اضافه ولتاژهای گذرا و اثرات آنها در دو نوع کابل متفاوت TR-XLPE و EPR آورده شده است .
فهرست مطالب:
فصل اول اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از برخورد صاعقه به خطوط هوایی
1-1 مقدمه
2-1 بررسی تحلیلی پدیده اضافه ولتاژها در شبکه توزیع
3-1 بررسی اثر خاصیت اندوکتانسی برقگیر
4-1 بررسی اثر ولتاژ سیستم
5-1 مقایسه اثرات اضافه ولتاژها در کابلهای TR-XLPE و EPR
6-1 شبیه سازی
7-1 نتیجه گیری
فصل دوم رزونانس و فرو رزوناس در شبکه های توزیع
1-2 مقدمه
2-2 شرح پدیده رزونانس و فرورزونانس
3-2 خصوصیات و شرایط بروز پدیده
4-2 کمیتهای موثر در بروز پدیده
5-2 نتایج
فصل سوم اولویت بندی شرایط اضطراری هنگام اضافه بار و افت ولتاژ در شبکه
1-3 مقدمه
2-3 اولویت بندی سوءترین خروج احتمالی خط در شبکه و اثر آن بر روی اضافه بار سایر خطوط
3-3 اولویت بندی سوء ترین خروج احتمالی خط در شبکه و اثر آن بر روی تغییر ولتاژ شین های مختلف شبکه
4-3 نتایج عددی
فصل چهارم اضافه ولتاژهای موجی در شبکه توزیع فشار ضعیف و حفاظت مصرف کنندگان در برابر آن
1-4 مقدمه
2-4 مکانیزم الکترواستاتیکی انتقال موج ضربه
3-4 مکانیزم الکترومغناطیسی انتقال منبع ولتاژ ضربه به ثانویه
4-4 بررسی تاثیر قرار دادن برقگیر در سمت فشار ضعیف
5-4 خلاصه و نتیجه گیری
فصل پنجم اضافه ولتاژ نوع کلیدزنی
1-5 مقدمه
2-5 اضافه ولتاژ نوع کلیدزنی
3-5 اضافه ولتاژهای نوع AC
4-5 اضافه ولتاژ نوع DC
5-5 مدار معادل
6-5 معرفی سیستم تست
7-5 نتایج شبیه سازی
8-5 نتیجه گیری
پیوستها
شکل ها
منابع
فهرست جداول:
جدول 1-2 مشخصات مدار آزمایش طبق شکل 5-2
جدول 2-2 مشخصات تجهیزات فشار قوی در مدار آزمایش شکل 5-2
جدول 1-5 دامنه اضافه ولتاژ برای ترکیبات مختلف فیلتر
فهرست شکل ها:
شکل 1-1 تصویر شماتیک یک شبکه توزیع
شکل 2-1 رفتار برقگیر در زمان اضافه ولتاژ
شکل 3-1 دیاگرام لاتیس انتشار و انعکاس امواج ضربه اضافه ولتاژ
شکل 4-1 اثر حفاظتی برقگیرهای نصب شده در شبکه های توزیع
شکل 5-1 محل برقگیرهای نصب شده در شبکه های توزیع
شکل 6-1 اثر خاصیت اندوکتانسی برقگیر در دامنه اضافه ولتاژها در جریان و ولتاژ کابل
شکل 7-1 اثر حفاظتی برقگیرهای شبکه ی توزیع
شکل 8-1 تصویر شماتیک موج صاعقه واقعی به صورت تابع اکسپانسیلی
شکل 9-1 اثر حفاظتی برقگیرهای نصب شده در شبکه های توزیع
شکل 10-1 مقایسه دامنه اضافه ولتاژهای خروجی کابل های TR-XLPE و EPR
شکل 11-1 مقایسه دامنه اضافه ولتاژها در 10 درصد اول سیم پیچهای متصل به کابل های TR-XLPE و EPR
شکل 12-1 مدار شبیه سازی برخورد صاعقه به خطوط هوایی و کابلهای زمینی شبکه توزیع به همراه برقگیرهای مربوطه
شکل 13-1 شکل موج ولتاژ محل برخورد صاعقه در خط هوایی
شکل 14-1 شکل موج ولتاژ محل نصب برقگیر در خط هوایی
شکل 15-1 موج ولتاژ ورودی و خروجی کابل به دلیل برخورد صاعقه به خط هوایی
شکل 1-2 مدار شامل
شکل 2-2 مدار سری
شکل 3-2 ظهور ولتاژ با دامنه ی ضربه ای در پی بروز پدیده ی فرورزوناس در مدار
شکل 4-2 نمایش مدارهای توزیع
شکل 5-2 مدار انجام آزمایشات در بروز پدیده فرورزونانس
شکل 6-2 منحنی احتمال بروز پدیده در شبکه ی توزیع و تغذیه ترانسفورماتور در شرایط گوناگون
شکل 1-4 اصابت صاعقه به نقطه ای در نزدیکی یک خط توزیع نیروی برق
شکل 2-4 ظرفیت های خازنی کلی C1 بین سیم پیچها و C2 بین سیم پیچ فشار ضعیف و هسته
شکل 3-4 مدار معادل ترانسفورماتور همراه با امپدانس موجی خطوط دو طرفه
شکل 4-4 مدار معادل تقریبی ترانسفورماتور
شکل 5-4 موج اضافه ولتاژ رسیده به ترمینال فشار قوی یک ترانسفورماتور توزیع
شکل 6-4 موج ولتاژ ضربه القا شده از سمت فشار قوی به طرف فشار ضعیف ترانسفورماتور توزیع
شکل 1-5 مودهای مختلف سیستم دو قطبی HVDC
شکل 2-5 مدار معادل مودال سیستم در حین خطای تک قطب به زمین
شکل 3-5 ولتاژ سمت اینورتر
شکل 4-5 مدار معادل سیستم
شکل 5-5 ترکیب کلی فیلتر DC
شکل 6-5 بلوک دیاگرام ساده شده مدار کنترل
شکل 7-5 اضافه ولتاژها ناشی از خطای تک قطب به زمین در وسط خط
شکل 8-5 اضافه ولتاژها ناشی از خطای تک قطب به زمین در حالت خازنی
شکل 9-5حداکثر اضافه ولتاژها ناشی از خطای تک قطب به زمین در فواصل مختلف
شکل 10-5 تغییرات فرکانسی تشدید با اندوکتانس راکتور هموار ساز
شکل 11-5 ولتاژ و جریان خط DC پس از قطع پالس های آتش یکی از مبدل های اینورتر
شکل 12-5 جریان والوها پس از خطا
شکل 13-5 تغییرات ضریب اضافه ولتاژ n بر حسب مقدار راکتور DC
شکل 14-5 فرماو زاویه آتش کنترل کننده پس از بروز خطا در مبدل
شکل 15-5 جریان ولتاژ طرف یکسو کننده پس از بلوکه شدن اینورتر(کنترل عادی)
شکل 16-5 جریان ولتاژ در طرف یکسو کننده پس از بلوکه شدن کامل اینورتر
شکل 17-5 شکل موج جریان ولتاژ در ابتدا ، وسط و انتهای خط DC در شرایط راه اندازی با انتهای باز
شکل 18-5 شکل موج ولتاژ و جریان در خط DC در شرایط راه اندازی کنترل شده
منابع و مأخذ:
1- تحلیل و بررسی جامع انواع اضافه ولتاژهای داخلی و خطوط انتقال قدرت ، سعید اسماعیلی جعفر آبادی ، عباس شولایی ، مجله انجمن مهندسین برق و الکترونیک ایران ، سال اول ، شماره سوم ، زمستان 83 .
2- مجموعه مقالات کنفرانس شبکه های توزیع نیروی برق ، کنفرانسهای سوم ، نهم ، دهم .
3- R.Verdolin , A.M. Gole , “Induced Overvoltages on an AC-DC Hybrid Transmission System “ , IEEE Trans. On Power Delivery , Vol . 10, No, 3, pp, 1514-1521, July 1995 .
4- www.SID.ir
پروژه انواع اضافه ولتاژ در شبکه های توزیع و تاثیرات ناشی از آن. doc