پایان نامه بررسی انواع حالت های گذاری در سیستمهای برق قدرت و روشهای مقابله

پایان نامه بررسی انواع حالت های گذاری در سیستمهای برق قدرت و روشهای مقابله – از این مطلب میتوانید در پایان نامه و مقاله سمینار و … خود استفاده بنمایید

مقدمه

در بررسی سیستم های قدرت پایداری سیستم از نکات قابل اهمیتی می باشد و مهندسین قدرت برای هر چه بهتر و پایدار تر بودن سیستم تلاش می کنند. در این راستا بررسی سیستم های قدرت در حالت مانا و گذرا قابل اهمیت می باشد. حالت گذرا در سیستم های قدرت یکی از المانهای مورد توجه است با بررسی پدیده گذرا در ژنراتور در ترانس های قدرت و دیگر وسایل و تجهیزات می توانیم نحوه حفاظت از آنها و نحوه عایق بندی وتجهیزات عایقی مربوطه را طراحی کنیم. از این نظر بررسی ژنراتور در شبکه قدرت که ازجایگاهی ویژه برخوردار است. به همین جهت در حالت گذرا هنگامی که ژنراتور سنکرون به شبکه بی نهایت وصل می شود و قطع و وصل کلیدهای مربوطه و همچنین انواع خطاها واتصال کوتاههایی که در سیستم قدرت بوقوع می پیوندد و اثراتی در روی ژنراتور سنکرون دارد واین اثرات حالت گذرایی در سیستم بوجود می آورد که اگر از بین نرود موجب وارد آمدن خساراتی به عایقها وتجهیزات دیگر در سیستم ما می گردد.  برای رفع این پدیده برای ژنراتور سنکرون که درحالت گذرا دچار مشکلاتی می شود و ممکن است بعد از طی مدت زمانی عایق وحتی سیم پیچهای استاتور آن دچار خرابی گردد و کل شبکه ما دچار قطع برق شود برای محافظت از آن از خازنهایی به نام خازن برقگیر استفاده میکنند که درحالتهای اتصال کوتاه و قطع و وصل کلید در شبکه این خازنها بتوانند اضافه ولتاژ گذرایی را که به سمت ژنراتور می آید خنثی کنند.

حالتهای گذرا در سیستم های قدرت

عوامل بوجود آورنده حالتهای گذرا در سیستم های قدرت که باعث بروز خطا در سیستم می گردند. عبارتند از:

1. شرایط جوی مانند باران و یخبندان

2. صاعقه

3. سالم نبودن تجهیزات و لوازم سیستم

4. برخورد وسایل نقلیه زمینی با دکلها و برخورد وسایل نقلیه هوایی باهادیهای خطوط انتقال

5. برخورد پرندگان باهادیهای خطوط انتقال و یا ورود حیوانات به پستها و کلید خانه ها و نیروگاهها

6. سقوط درختان برروی هادیهای خط انتقال

7. عوامل تصادفی و اتفاقات غیر قابل پیش بینی

براثر این عوامل خطاهایی در سیستم قدرت بوجود می آیند. بررسی پدیده گذرا منجر به دسته بندیهای این حالتها براساس زمان وقوع این پدیده می باشد. زیرا که این حالت در زمانهای بسیار کوتاهی در حد میلی ثانیه تا نانوثانیه موجی با فرکانس بیشتر وولتاژ بالاتر از حد سیستم برروی سیستم سوار شده و باعث اختلال در شبکه و صدمه به تاسیسات و نیروگاه و… می باشد.

 انواع پدیده گذرا در سیستم های قدرت

1-اضافه ولتاژهای موقت : Tran Siant

این اضافه ولتاژها که در قبل عوامل بروز آنها را متذکر شدیم دارای فرکانس 50 هرتز و زمان سوارشدن این موج برروی موج اصلی حدود میلی ثانیه است. پس در این حالت چونکه مدت زمان این حالت گذرا بسیار زیاد می باشد از لحاظ انتخاب دستگاههای حفاظتی بسیار مهم می باشد. طراحی کلیدهای قدرت وبرقگیر و خازن های برقگیر حالت Transiant به دلیل زمان زیادش مد نظر می باشد. برای بررسی بیشتر می توانیم بگوئیم که این نوع پدیده از تخلیه الکتریکی جوی روی خطوط انتقال و قطع و وصلهای سریعی که معمولا در شبکه ایجاد می گردد ناشی می شود. این حالتهای گذرا سرشتی کاملا الکتریکی دارند و تنها در خطوط انتقال سیستم های قدرت دیده می شوند. از نظر فیزیکی اختلالی از این نوع منجر به یک سری موج الکترومغناطیسی می شود که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در طول خطوط منتشر می شود و موجب افزایش دامنه امواج برگشتی در پایانه های خط می گردد. که بعد از چند رفت و برگشت در طول خط در طی چند ثانیه به دلیل تلفات موجود در خطوط ، این امواج تضعیف می شوند و پس ازچند رفت و برگشت این امواج میرا می‌گردند یعنی از بین می روند. اندوکتانس بزرگ ترانسفورماتورها در اغلب مواقع به طور موثری مانع از ورود این اختلالات به سیم پیچهای ژنراتور می شود ولی برگشت  این اختلالات موجب تولید موجهای با دامنه ولتاژ زیاد می شود که قادر است به عایق تجهیزات فشار قوی لطمه بزند. بارهای الکتریکی گذرا می توانند از طریق برقگیرها به زمین انتقال یابد. ولی اگر عایق تجهیزات یا خطوط آسیب ببینند این امواج گذرا منجر به حالتهای گذرای جدیدی از نوع کند می شوند.

2- اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی (Fast Transiant)

این اضافه ولتاژها ناشی از قطع ووصل کلیدها می باشد که فرکانسی در حدود 50 هرتز تا 20 کلیوهرتز می باشد که مدت زمان اثر این امواج گذرای سریع در حدود میکروثانیه است.

3-اضافه ولتاژ های صاعقه (Fast Transiant)

اضافه ولتاژهای تخلیه جوی دارای فرکانس بالایی هستند این فرکانس در حدود 10 کیلوهرتز تا 3 مگاهرتز می باشند و مدت زمان گذر این موج در حدود نانوثانیه است.

4-اضافه ولتاژهای مربوط به پست (Very Fast Transiant  GIS)

این اضافه ولتاژها مربوط به پستهای (SF6) می باشند و دارای فرکانسی در حدود 100 کیلو هرتز تا 5 مگاهرتز و مدت زمان اثر این موج نانوثانیه می شود.

دسته بندی حالتهای گذرا

حالتهای گذرا را در قبل بر اساس فرکانس و زمان اثر آنها برشمردیم حال به بررسی این پدیده‌ها و علل و بروز آنها و سرعت آنها می پردازیم.

حالتهای گذرا فوق سریع – ( پدیده موج)

این نوع پدیده های گذرا از تخلیه الکتریکی جوی روی خطوط انتقال و قطع و وصل های سریع که معمولا در شبکه انجام می گیرد ناشی می شود. این حالتهای گذرا سرشتی کاملا الکتریکی دارند و تنها در خطوط انتقال دیده می شوند. از نظر فیزیکی اختلال از این نوع منجر به یک موج الکترومغناطیسی می شود که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در طول خطوط منتشر می شود و موجب افزایش دامنه امواج برگشتی در پایانه های خط می گردد که بعد از چند رفت و برگشت در طول خط در طی چند ثانیه به دلیل تلفات موجود در خطوط این امواج به صورتی تضعیف می شوند و پس از چند رفت و برگشت از بین می روند. این حالتهای گذرا باعث صدمه رساندن به عایقهای ترانسها و ژنراتورهای سنکرون و عایق خطوط و همچنین موتورهای سنکرون می گردند که پس از صدمه رساندن به عایق ومقره ها باعث می گردند که اتصال کوتاهی یا حالت گذرا خطایی در آن نقطه بوجود بیاید. که در تست عایقی انواع مقاومت در مقابل اضافه ولتاژها و همچنین اتصال کوتاهها و صاعقه ها در آزمایشگاه فشار قوی این موارد مورد بررسی کافی قرار می گیرند که برای جلوگیری و یا حتی عدم بروز چنین حالت گذرایی منجر به طراحی مقره ها و یا حتی منجر به طراحی فاصله هوایی مناسب و طراحی و ساخت عایقهایی که قدرت تحمل ولتاژهای گذرا را داشته باشند و حتی در مواردی هم که بتوانیم از صدمه زدن ولتاژهای گذرا به تجهیزات جلوگیری کنیم ، برقگیرهایی را با توجه به امواج گذرای آن طراحی می کنیم. که برای محافظت از تجهیزاتی مثل ترانس و ژنراتور در کلیدهای قدرت آنها برقگیرهایی مناسب نصب می کنند تا بارهای الکتریکی گذرا از این طریق به زمین انتقال پیدا کند که همانطور که دیدیم این قسمت از حالتهای گذرا مبنایی برای انتخاب سطح عایق بندی و تجهیزات خط خواهد بود.

حالتهای گذرای نیمه سریع «‌پدیده اتصال کوتاه »

تعداد زیادی اتصال کوتاه که در خطوط انتقال بدون حفاظ روی می دهند ناشی از شکست الکتریکی عایقها براثر موجهای تولید شده می باشند. و یا خرابی در مقره ها و عواملی مثل باران و برف و یخ زدگی مقره ها و همچنین برخورد اجسام خارجی با خطوط و سایر عوامل مکانیکی دیگر باعث چنین پدیده ای می گردد. بدین منظور است که در سیستم ما انواع و اقسام اتصال کوتاههای خطوط اتفاق می افتد که به بررسی انواع اتصال کوتاهها می پردازیم.

• اتصال کوتاه براثر برخورد سه فاز به یکدیگر:

 اتصال سه فاز ممکن است مستقیما و با امپدانس صفرصورت گیرد و یا از طریق سه آمپدانس مساوی Z_f بین هر فاز و نقطه صفر(زمین)‌بوقوع بپیوندد.

• اتصال کوتاه دوفاز به همدیگر:

در این صورت باید دو وضعیت مورد بررسی قرار گیرد. در حالت اول دوفاز فقط به یکدیگر وصل می شوند. ودر حالت دوم دوفاز همزمان به زمین نیز متصل می گردند.

• اتصال کوتاه یک فاز به زمین :

در حالتی است که فقط برای یک فاز حطا اتفاق بیافتد و دو فاز دیگر سالم هستند.

• از هم گسیختگی و یا پارگی هادیهای خط انتقال

اغلب اتصال کوتاهها در سیستم های قدرت بیش از 75% از نوع اتصال کوتاه یک فاز به زمین می باشد که معمولا براثر شکست الکتریکی و ایجاد جرقه روی مقره ها پدید می آیند. احتمال وقوع اتصال کوتاه دوفاز نیز بیشتر از اتصال کوتاه متقارن می باشد. گرچه احتمال وقوع اتصال کوتاه متقارن بسیار کم ( حدود 5%) می باشد لیکن بسیاری از محاسبات کلاسیک سیستم ها نظیر انتخاب کلیدهای قدرت بررسی پایداری گذرا و حفاظت از سیستم های قدرت برمبنای جریانهای اتصال کوتاه متقارن بنا شده اند.ظرفیت انتقال قدرت یک خط انتقال براثر اتصال کوتاه متقارن به صفر می رسد در حالیکه در اتصال کوتاههای نامتقارن قسمتی از قدرت قبلی خط منتقل می گردد.علاوه برکاهش ظرفیت انتقال قدرت ، جریانهای زیاد اتصال کوتاه می تواند به وسائل و تجهیزات سیستم آسیب برساند و لذا محل های اتصال کوتاه شده در اسرع وقت باید از سیستم قدرت جدا شوند. بنابراین مطالعه سیستم قدرت در شرایط اتصال کوتاه برای حفاظت سیستم و تعیین مقادیر نامی کلیدهای قدرت در رله ها و وسایل حفاظتی و برق گیرها کاملا ضروری می باشد.بسیاری از اتصال کوتاهها موقتی بود و بخودی خود برطرف می گردند. بهمین منظور در عمل در بعضی نقاط سیستم از کلیدهای وصل مجدد استفاده می گردد. این کلیدها پس از وقوع اتصال کوتاه یک یا دوبار و یا بیشتر وصل می شوند تا از برطرف شدن اتصال کوتاه مطمئن شونداگر پس از یک ، دو یا چند باروصل مجدد هنوز اتصال کوتاه برقرار باشد کلید به طور دائمی بازخواهند ماند. زمان کلی عمل این کلیدها ممکن است تا یک ثانیه نیز بطول انجامد.

اتصال کوتاه متقارن باعث می شود تا ظرفیت انتقال توان یک خط به سرعت صفر برسد، اتصال کوتاههای دوفاز باهم و زمین تکفاز بازمین باعث از کارافتادن خط خواهد شد.اتصال کوتاههایی که در سیستم روی می دهند نه تنها باعث قطع کامل شارژ انرژی ، باعث افزایش انرژی در بخشهایی از سیستم می شوند. بلکه دامنه خودآنها ممکن است به مراتب بیشتر از جریان نامی ژنراتورها و ترانسفورماتورهای سیستم باشد. که تداوم شارژ چنین جریانهایی باعث بالارفتن دمای تجهیزات و آسیب رساندن به سیستم قدرت وتجهیزات و ژنراتورها می‌باشد.

التهای گذرای کند ( پایداری در شرایط گذرا)

یک اتصال کوتاه باعث فروپاشی ولتاژهای باس سیستم است. با کاهش ناگهانی ولتاژهای ژنراتور توان خروجی آن بی آن نیز به سرعت کاهش می یابد. چون در لحظاتی پیش از آنکه کنترل کننده های مکانیکی توربین وارد عمل شوند. توان ورودی به ژنراتور ثابت میماند.

در نتیجه هر کدام از ژنراتورها در معرض یک گشتاور شتاب دهنده واقع می شوند که در صورت تداوم میتواند به خطرناک ترین حالتهای گذاری یک سیستم قدرت یعنی نوسانات مکانیکی روتور ماشین سنکرون منجر می شود  (SSR) که چنین اتفاقی باعث خاموشی بخشی از سیستم قدرت یا تمامی آن می‌شود.

آشنایی با پدیده تخلیه جوی

برطبق مشاهدات و تجربیات روزانه و بروز طوفانهای موضعی در شرایط جوی مناسب یونیزه گشتن ملکول های بخار آب و ملکولهای تشکیل دهنده ابرها را سبب گردیده بارهای الکتریکی مثبت و منفی حاصل در آنان را تقسیم و متراکم می سازد. قطرات حامل بارهای مثبت در یک طرف و بارهای منفی در طرف دیگر ابرها انباشته گشته ، توده ابرها با بارهای الکتریکی را به وجود می آورند، ظهور ابرها با بارهای الکتریکی تفکیک شده دوقطب منفی ومثبت را پدید آورده اصطلاحا آنان را پلاریزه می سازد.ایجاد دوقطب مثبت ومنفی شدت میدان الکتریکی را درحد فاصل آنان بوجود می آورد. انباشته گشتن هر چه بیشتر بارها شدت میدان الکتریکی را به طور مدام افزایش می دهد. در صورت تجاوز میدان از شدت میدان مقاوم هوا و قابل قبول ابرها ،قوس و تخلیه الکتریکی بین دو قطب مثبت و منفی درابر روی می دهد.

خصوصیات تخلیه جوی الکتریکی و طریق شکل گیری آن

تخلیه جوی و بروز رعد وبرق در پی انباشته گشتن بارهای الکتریکی در ابر و ظهور شدت میدان الکتریکی بین ابر و ابر بازمین روی می دهد. انباشته گشتن بارهای الکتریکی به صورت الکتریسیته ساکن در ابر و در قسمتی از سطح زمین واقع در مجاورت ابر باعث تجمع بارهای مخالف و در نتیجه شدت میدان الکتریکی خواهند شد. هنگامی که مقدار شدت میدان از شدت میدان مقاوم ابر و هوا تجاوز نماید تخلیه جوی بصورت قوس الکتریکی ظاهر می گردد. بروز قوس تخلیه بین ابرها معمولتر از تخلیه ابرها می باشد. متقابلا تخلیه ابرها و زمین بیش از تخلیه بین ابرها و شبکه های الکتریکی و خطوط انتقال فشار قوی را تحت تاثیر قرار میدهد.تخلیه بین ابرها و یا ابرها با زمین بدنبال افزایش شدت میدان الکتریکی و یونیزه گشتن مسیر باریک و نامشخص از هوا در فاصله بین دو قطب میدان الکتریکی آغاز می گردد. قبل از بروز قوس اصلی و برقراری جریان تخلیه کامل قسمتی از بارهای الکتریکی تحت تاثیر میدان الکتریکی قرار گرفته و از طریق مسیر باریک یونیزه که به شکل پله ای می باشد به سمت قطب دیگر مخالف رانده شده و با برخورد به آن در فاصله زمانی 30 تا 50 میکروثانیه به قوس کامل تبدیل می گردد.علت نامگذاری مسیر پله ای این است که یونیزاسیون به شکل زیگزاک می باشد و از یکسری پله های با طول حدود 50 متر و به شکل سرنیزه تشکیل شده است. که در شکل نشان داده شده است.

بنابر این با یونیزاسیون هوای موجود بین ابر و زمین که به شکل پله ای می باشد همراه با یکسری قوسهایی است که به قوس جزئی موسوم است ، این قوس جزیی باعث به وجود آمدن جریان تخلیه اصلی بین بارهای الکتریکی مخالف با یکدیگر می شود که مدت برقراری آن بسیار کوتاه بود و متقابلا دامنه جریان تخلیه بسیار بالایی را دارا می باشد. جریان تخلیه جزیی بین دو قطب به جریان خزنده پیشرو موسوم است که معمولا با    I_Lنمایش می دهند.با افزایش شدت میدان الکتریکی تا مقدار لازم وکافی، جریان پیشرو یا جریان خزنده با سرعت فوق العاده در مسیر پله ای در فاصله بین دو میدان جابجا و به سمت جلو رانده می شود. سرعت پیشروی این جریان به حدود 100 کیلومتر بر ثانیه بالغ می گردد که شروع جریان پیشرو از سمت یکی از دو قطب و یا از سمت هر دو آنها به طور همزمان صورت می پذیرد.پس از طی قسمتی از فاصله بین دوقطب توسط جریان مشابه از طرف مقابل با بارهای مخالف موسوم به جریان برگشتی I_L برقرار می گردد. که این دو جریان با بارهای مخالف راه خود را به سوی یکدیگر گشوده قوس و تخلیه الکتریکی را بین دو قطب به وجود می آورند.بر طبق مشاهدات و تجربیات به عمل آمده ، جریان برگشتی و بارهای آغازگران آن جریان قوس اصلی تخلیه را به وجود می آورد و این جریان برگشتی است که به جرقه منجر می گردد که به اصطلاح برق آسمانی گفته می شود.

نقطه تخلیه جریان اصلی به نقطه برقراری جریان پیشرو بستگی داردیعنی اگر جریان پیشرو از سمت زمین واز مانعی یا ارتفاعی آغاز شود ، تخلیه اصلی به آن مانع صورت خواهد گرفت که این به دلیل انباشته شدن فوق العاده بارهای الکتریکی در موانع ومتراکم شدت میدان الکتریکی در مجاور آنان می باشد. بلافاصله پس از هر بار قوس از شدت میدان کاسته می شود.و قوس تخلیه خفه می گردد. مجددا به فاصله چند میلی ثانیه قوسی از جریان پیشرو دیگر واقع در مسیر متفاوت از مسیر اول در مجاور آن برقرار می گردد، چنین تخلیه ای که مسیر یونیزه شده قبلی را مورد استفاده قرار می دهد ودر نتیجه بودن شاخه وانشعاب است که با جریان زیاد همراه می باشد و مسیر تیری می نامند که در شکل (3-2- C) نشان داده شده است . هریک از قوسها که به ترتیب فوق صورت می گیرند را Stork می نامند. که فاصله زمانی تشکیل این قوسها بسیار کوچک می باشد. مجموعه قوسهای Stork که به صورت قوس واحد متشکل از شاخه های متعدد و به طور همزمان می باشد را رعد و برق یا Flash  یا صاعقه می نامند. بنابر این صاعقه از یک قوس یا قوسهای متوالی Stork تشکیل شده است.اولین قوس به First Stork موسوم است که حداکثر دامنه را دارا می باشد. این قوس به حدود دهها تا صدها میکروثانیه به طول می انجامد. طبق آزمایشاتی که به عمل امده است . با توجه به خصوصیات ابر ، جریان پیشرو با بارهای منفی با حدود 50 تا 200 آمپر و جریان پیشرو با بارهای مثبت به حدود 1000 تا 3000 آمپر بالغ می گردند. نوع بارها در جریان پیشرو جهت ومقدار بارهای تخلیه اصلی را تعیین می گردد و جریان پیشرو ثیبت از سمت ابر با بار مثبت قوس اصلی تخلیه با جریان 300 کیلوآمپر را موجب می گردند. (شکل 3-2)

 نوع موج تخلیه جوی :

در حدود 90% تخلیه جوی برخطوط انتقال انرژی که در مناطق کوهستانی ، دشتها، بیشه زارهامی باشد از بارهای الکتریکی منفی تشکیل شده اند که در پی بروز تخلیه به صورت موج منفی جریان تخلیه جوی در قسمتهای مختلف خطوط انتقال ظاهر می گردند.درصد تخلیه های جوی بابارهای الکتریکی مثبت در فصل زمستان از مقدار 10% تجاوز نمی‌نماید.درصورت افزایش از این مقدار لازم است شرایط تخلیه با بارهای الکتریک مثبت نیز در هنگام طرح خطوط انتقال انرژی در نظر گرفته شوند.

  شکل جریانهای موجی وتخلیه جوی

جریان تخلیه به طور لحظه ای در فاصله زمانی بسیار کوتاه چند میکروثانیه وکمتر از آن تا مقدار حداکثر خود معادل 10 تا 100کیلو آمپرافزایش یافته و سپس به طور تدریجی کاهش می یابد که این همچون دشارژ خازن شارژ شده می باشد. به همین علت  منحنی تخلیه خازن شارژ شده به عنوان منحنی استاندارد موج رعد و برق تعیین می گردد. و…..

امید داریم تا اینجای مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد. جهت دریافت ادامه مطلب ، فرمول ها و روش ها به صورت کامل WORD – PDF به لینک دریافت زیر مراجعه نمایید.  این مطلب بر اساس سیستم پایان نامه نویسی طرح شده است.

برای دریافت  WORD, PDF روی کلیدزیر ،کلیک نمایید . 

قیمت: 12000تومان

همچنین لینک دریافت سمینار پاورپوینت این پایان نامه در زیر آورده شده است.

>>> لینک دانلودسمینار power point بررسی انواع حالت های گذاری در سیستمهای برق قدرت و روشهای مقابله <<<