بخشی از مقاله
چکیده
- امروزه شبکههای قدرت در سراسر جهان با مشکلاتی نظیر کاهش تدریجی منابع سوخت فسیلی، بازده انرژی پایین و آلودگیهای زیستمحیطی روبهرو میباشند. این مطلب اخیراً موجب گرایش به تولید محلی توان در سطوح ولتاژ توزیع و فوق توزیع توسط منابع انرژی تجدیدپذیر و بهخصوص انرژی بادی شده است. توربینهای بادی، به دلیل ساختار مرتفع و محل نصب آنها، مورد هجوم برخورد صاعقه هستند. برخورد صاعقه به توربینهای بادی باعث شده است تا هزینه تولید برق بادی افزایش و نرخ سودآوری آن کاهش پیدا کند. هدف اصلی این مقاله بررسی چگونگی انتشار موج صاعقه برخوردی به توربین بادی و همچنین راهکارهای مقابله با آن است. راهکارهای ارائهشده شامل ایجاد سیستم زمین با مقاومت کمتر (استفاده از میلههای زمین)، استفاده از سیم زمین بین توربینهای بادی برای ایجاد یک سیستم زمین یکپارچه، استفاده از برقگیرهایی با مشخصه بهتر، استفاده از کابل بهجای خطوط هوایی و همچنین تغییر فاصله ترانسفورماتور شبکه از توربین بادی است. شبکه نمونه موردنظر در نرمافزار PSCAD/EMTDC شبیهسازی و نتایج حاصل از راهکارهای عنوانشده با یکدیگر مقایسه میشوند. در انتها با در نظر
گرفتن ملاحظات اقتصادی، برای چند ناحیه منتخب احداث مزرعه بادی، بهترین راهکار مطرح میشود.
-1 مقدمه به مقدار قابلتوجهی افزایش پیـدا مـیکنـد. همـواره در سیسـتم
با توجه به نگرانیها در خصوص اتمام سوختهای فسـیلی و قــدرت بــرای جلــوگیری از تجمــع پتانســیل الکتریکــی در بدنــه
تجهیزات و همچنـین ملاحظـات الکتریکـی، لازم اسـت کلیـهی
همچنین آلودگیهای زیست محیطی، برنامهریـزی سیاسـتهـای
قسمتهای تجهیز به سیستم زمین متصل شده باشـند. جریـانی
جهانی مبنی بر استفاده از انرژیهای نو است. انرژی بادی پیشتاز
که تحت عنوان موج ضربه برگشتی با مقدار زیادی شناخته مـی-
این عرصه بوده و رشد سـریعی در جهـان داشـته اسـت. یکـی از
شود، از طریق تقسیم جریان بین سیستم زمین و برقگیرهـا وارد
عواملی که نگرانیهایی را برای سرمایه گذران ایـن بخـش ایجـاد
خطوط اتصال بین توربینهـا، مطـابق شـکل 2 مـیشـود .[3] در
کرده است، مسئله برخورد صاعقه به توربینهای بادی اسـت .[1]
شکل 1 جریان صاعقه شماره (1) بهطرف سیستم زمین جـاری و
کلیدواژه- توربین بادی، موج ضربه برگشتی صاعقه، اضافه ولتاژ، حفاظت صاعقه، .PSCAD
برخــورد صــاعقه بــه تــوربین بــادی باعــث ســوختگی قطعــات و
ازکارافتادن آنها شده و بنابراین باعث کاهش نـرخ سـودمندی و باعث ایجاد ولتاژی در آن میشود. هنگامیکه ولتاژ سیستم زمین
در اثر برخورد صاعقه افزایش پیدا مـیکنـد، بـرق گیـر در جهـت
درنتیجه افزایش قیمت تولید برق بادی میشود .[2] به دلیل نیاز
عکس وارد ناحیه هدایت مـیشـود و جریـان شـماره (3) را، کـه
اصلی توربینها به باد (برای چرخش پرهها)، به طور طبیعی کلیـه
معروف به موج ضربه برگشتی است، به توربین بادی منتشر مـی-
مناطقی که مزارع بادی در آنها برپا میشـوند، منـاطقی بـا جـو
کند. بخش دیگر آن جریان شماره (4) است، کـه از طریـق سـیم
پرمخاطره و به خصوص صاعقههای شدید هستند. اضافه ولتاژهای
زمین، به سیستم زمین توربینهای دیگر وارد میشود.
ناشی از برخورد صاعقه، موضوعی کاملاً مهم در بحث حفاظـت از
توربینهای بادی است؛ برای این که حفاظت قابل قبولی در مقابل
آن ایجاد شود، نیاز به دانستن چگونگی انتشـار مـوج صـاعقه بـه
تــوربین بــادی اســت .[3] جریــان صــاعقهمعمــولاً از مســیرهای
تعیین شده به زمین پای برج هدایت میشـود و بـه همـین دلیـل
سیستم زمین پای برج به دلیل شرایط منطقهای با مقاومـت بـالا
زذتل خغ1سکطغکطکسغپه
لذهل شAلع ,لاهلاکغهعطکل y,هق ذصستص
شکل :1 مسیرهای تقسیم جریان صاعقه پس از جاری شدن به سیستم زمین
آسیبهای ناشی از صاعقه مـیتوانـد مسـتقیم و یـا غیرمسـتقیم باشد. آسیبهای مستقیم در قطعاتی از توربین بادی رخ میدهند که جریان الکتریکی صاعقه را به زمین منتقل میکننـد. آسـیب-دیدگی غیرمستقیم ناشی از برخورد صاعقه با اشیا یا زمـینهـای مجاور توربینهای بادی است .[4] در این حالـت آسـیبدیـدگی ناشی از ارتباط القائی کابلها و یا اجزایی است که دارای میـدان-های مغناطیسی بوده و یا به صورت یک هادی، بـرای عبـور ولتـاژ موقت (ناشی از صاعقه) تا رسیدن به یک هادی متصل به توربین بادی عمل مینمایند .[5] با توجه به مطالـب گفتـه شـده و تـأثیر موج ضربه برگشتی صاعقه بـر روی مـزارع بـادی، حفاظـت ایـن دستگاه ها در برابر خطرات مذکور بسـیار اهمیـت پیـدا مـی کنـد. تاکنون مطالعات معدودی در این زمینه انجام شده است کـه از آن جمله، در ]6[ با استفاده از معـادلات غیرخطـی، مـدلی دقیـق تـر برای سیستم زمین در مقابل برخورد صاعقه به دست آمده اسـت و با شبیه سازی مزرعه بادی با فرض شرایط اولیه زمین، به مقـادیر دقیقتر پتانسـیل سیسـتم زمـین دسـت پیـداکرده اسـت. خطـر خسارت ناشی از صاعقه بر توربینهای بادی بـا اسـتفاده از مـدل الکتروژئومتریـک برخـورد صــاعقه بـا یــک تـوربین بــادی در ]7[ محاسبه شده است. علاوه بر این، توضیح مرحله بـه مرحلـه پروسـه گزینش و بهکارگیری صاعقهگیر در سیستم کلکتور ولتاژ متوسط در [8] دادهشده است. مرجع [9] با بررسی نوع جریـان صـاعقه و مقدار امپدانس سیستم زمین به این نتیجه میرسد که اگر دنباله موج صاعقه و پیک آن مقدار زیادی داشته باشند و همچنین اگـر امپدانس سیستم زمین بالا باشـد، احتمـال سـوختن بـرقگیرهـا به شدت افزایش پیدا میکند. طریقه انتشار موج ضربه برگشتی به نحوی است که ممکن است، توربین بادی آسیبدیده در نقطهای دور از محل اصابت صاعقه به توربین بـادی مـورد هجـوم صـاعقه قرار داشته باشد.
