بخشی از مقاله
نقش اضافه ولتاژهاي موقت در طرح ايستگاههاي فشار قوي و
رعايت پيش بيني هاي استاندارد
مقدمه
بخش عمده از مشخصات كليه تجهيزات فشار قوي به ايزولاسيون هاديهاو سيم پيچي ها مربوط ميشود.هاديها و سيم پيچي هاتحت ولتاژهاي اسمي لازم است از يكديگرواز زمين يا بدنه تجهيزات به طور مناسب وبا برخورداري از ولتاژ استقامت كافي ايزوله شوند.ماده ايزوله با ارائه ولتاژ دي الكتريك كافي مانع ازبروز قوس يا اختلال در فاصله فازها ويافاز وزمين تحت شدتميدان الكتريكي
ناشي از ولتاژ فركانس 50 هادي مي شود .طبق تعريف استاندارد عايق يا ماده ايزوله عبارت از ماده اي استكه تحت تاًثيرشدت ميدان الكتر يكي واقع بر آن ،هيچگونه جريان تخليه را بر قرار نسازد .اندازه فاصله ايزولاسيون و حداكثر ولتاژ فابل تحمل به عنوان سطح ايزولاسيون دستگاه فشار قوي موسوم بوده،لازم است در قبال انواع مختلف ولتاژهاي ظاهر شده در شبكه مقدار استاندارد را دارا باشد.مقدار مناسب سطح ولتاژهاي قابل تحمل در طي اين فصل مورد مطالعه قرار مي گيرد.
ايزولاسيون داخلي وخارجي شبكه و تجهيزات فشار قوي
ايزلاسيون پيش بيني شده هاديهاي تحت ولتاژ در ايستگاهها ،تجهيزات فشار قوي وخطوط انتقال انرژي با توجه به عوارض ناشي از اختلال فشار قوي در ايزولاسيون به دو نوع داخلي و خارجي تفسيم ميشود .ايزولاسيون خارجي در فضاي باز توسط هوا تامين شده،شامل فواصل هوايي ميباشد .
ايزولاسيون داخلي در داخل محفظه بسته وآب بندي شده تجهيزات فشار قوي توسط روغن ،روغن،كاغذ ،هواي فشرده ،گاز SF6 تامين مي شود . هر گونه قوس واختلال در ايزولاسيون داخلي در داخل محفظه بسته تجهيزات فشار قوي با انفجار وانجام دستگاه همراه بوده،دستگاه فشار قوي قابل استفاده مجددنبوده ، بهره برداري مجدد شبكه و تامين انرژي مصرف كنندها تا هنگام رفع عيب وتعميير يا تعويض دستگاه غير ممكن خواهد بود .در حاليكه بروز قوس در ايزولاسيون ،با صدمه و
انهدام تجهيزات فشار قوي همراه نبوده ،با قطع كليد و خفه شدن قوس در محل عيب ،امكان بهره برداري مجدد به فاصله زماني چند دهم ثانيه فراهم مي شود .حتي در قبال بروز قوس و اختلال در فواصل هوايي در ايزولاسيون خارجي به دفعات متعدد ،دستگاه مقابل بهره برداري بوده ،به فاصله زماني كوتاه تحت ولتاژ قرار گرفته بهره برادري ادامه مييابد به عبارت ديگر بروز قوس در هوا و در را فواصل هوايي ،كيفيت ايزولاسيون هوا و شدت ميدان قابل تحمل آن را به ميزان E=600KV /m براي ولتاژهاي موجي E=500KV/m براي ولتاژ فركانس 50 تحت تاثير قرار نمي دهد .
خسارات و صدمات ناشي از قوس در ايزولاسيون داخلي ،قابل ملاحظه بوده ،گذشته از صدمه به دستگاه و لزوم تعميير يا تعويض آن پاره اي موارد تا ماهها به طول مي انجامد ،قطع انرژي مصرف كننده هادر دراز مدت را موجب شده ،با توقف خط توليد در واحدهاي صنعتي و عدم فروش انرژي همراه مي باشد ،به همين علت هيچگونه بروز قوس در ايزولاسيون داخلي قابل قبول نمي باشد .در حاليكه در صورت بروز اختلال در ايزولاسيون خارجي برق دار نمودن دستگاه در فاصله چند دهم ثانيه نظير خط انتقال انجام شده ،قطع انرژ ي دردراز مدت فوق از نظر مصرف كنندها محسوس نبوده
،هيچگونه تاثير در خط توليد و توقف موتورها در مراكز صنعتي نخواهد داشت .
با توجه به تعريف ايزولاسيون داخلي وخارجي و عوارض بروز قوس ،خصوصيات دو نوع به شرح زير نتيجه مي شود .
1-بروز هر گونه قوس واختلال در ايزولاسيون داخلي با محفظه آب بندي شده تجهيزات به انهدام يا صدمه دستگاه فشار قوي منجر مي شود.
2-انتخاب و طراحي سطح ولتاژ قابل تحمل ايزولاسيون داخلي به طور مناسب صورت مي پذيرد . انچنانكه احتمال هبچگونه بروز قوس در قبال ولتاژ اعمال شده موجود نبوده ،احتمال بروز قوس حداقل ومعادل صفر باشد،در حاليكه ايزولاسيون خارجي با احتمال بروز قوس 10./. طراحي شده به عبارت ديگر ايزولاسيون خارجي با احتمال بروز قوس 10./. طراحي شده به عبارت ديگر ايزولاسيون خارحي از نظر تحمل ولتاژ اسمي واضافه ولتاژهاي احتمالي ،به ميزان 10./.ضعيف تر از ايزولاسيون داخلي بوده ،قوس با احتمال 10./.در آن روي مي دهد.
3- ايزولاسيون داخلي در معرض آلودگي محيط ( فضا) تغييرات جوي ،آب و هوا ،باران و برف و تخليه جوي مستقيم واقع نبوده ،احتمال بروز قوس و اختلال در ايزولاسيون تحت تاثير عوامل طبيعي محدود مي باشد .
در حاليكه ايزولاسيون خارجي در فضاي باز واقع بوده به طور مداوم تحت تاثير تغييرات جوي ،آب و هوا،درجه حرارت ،تخليه جوي (رعد و برق)و آلودگي محيط واقع مي باشد .
4-در ايزولاسيون داخلي امكان انجام آزمايشات و اطمينان از تامين ولتاژ دي الكتريك كافي از طريق بروز قوس موجود نمي باشد(اطمينان از تامين ولتاژ مقاوم مورد نظر توسط ايزولاسيون داخلي به طريق ديگر حاصل ميشود.) د رحاليكه تامين ولتاژ دي الكتريك توسط فواصل هوايي واطمينان از ارايه ولتاژ دي الكتريك مورد نظر با انجام آزمايشات مستقيم و اعمال ولتاژ و بروز قوس هاي متوالي و تنظيم مناسب اندازه فاصله هوايي برآورد مي شود .
غير قابل قبول بودن قوس در ايزولاسيون داخلي ايجاب مي نمايد تا به هر ترتيب ممكن از فراهم شدن شرايط بروز قوس در ايزولاسيون داخلي تحت تاثير تغييرات جوي ،اضافه ولتاژها و افزايش درجه حرارت جلوگيري شود.
به عنوان مثال پيش بيني هاي كافي به منظور ثابت نگاهداشتن درجه حرارت ماده ايزوله ،نظير روغن ترانسفور -ماتور صورت پذيرد ،تاتقليل ماده ايزوله تحت تاثير افزايش درجه حرارت،اختلال در ماده ايزوله را موجب نشود.به همين عتت درجه حرارت هاديهاي حامل جريان واقع در داخل محفظه بسته تجهيزات فشار قوي مجهز به ايزولاسيون داخلي به دقت كنترل مي شود ،آنچنانكه انرژي حرارتي حال از برقراري جريان اسمي ،افزايش درجه حرارت هادي و ماده ايزوله راتا بيش ازمقدار مجاز موجب نشود نظير سيم پيچي هاي تجهيزات فشار قوي در داخل محفظه بسته و هاديهاي حامل جريان در كابلهاي ،بو شينگها سر كابلها و غيره.
عامل اصلي بروز قوس و اختلال در ايزولاسيون داخلي اضافه ولتاژ ها مي باشند ،افزايش ولتاژ تا بيش از مقدار اسمي يا قابل قبول ايزولاسيون داخلي به عنوان اضافه ولتاژمحسوب شده ، قوس و اختلال را در ايزولاسيون موجب مي شود .آگاهي از نوع اضافه ولتاژ وعتت بروز آن ،همچنين عكس العمل ماده ايزوله از نظر ارائه ولتاژ دي الكتريك كافي در قبال آن ،انجام پيش بيني ها به منظور جلو گيري از بروز قوس در ايزولاسيون داخلي تحت تاثير اضافه ولتاژها و تقويت مناسب ايزولاسيونداخلي حائز اهميت بوده،لازم است مورد مطالعه قرار گيرد.
بخشي از مشخصات ايزولاسيون تجهيزات فشار قوي با توجه به تامين ولتاژ استقامت كافي در قابل انواع مختلف اضافه ولتاژها مورد مطالعه قرار مي گيرند .
ايزولاسيون خارجي شامل فواصل هوايي ايزولاسيون به دو دسته به شرح زير تقسيم مي شود
-فواصل هوايي كه در آن در فاصله ايزولاسيون،تنها هوا موجود بوده، به عبارت ديگر ولتاژ استقامت اين نوع فواصل هوايي منحصراًتوسط هوا تامين مي شود .
-فواصل هوايي كه در آنان علاوه بر هوا به عنوان ماده ايزوله ،زنجير يا ستون مقره به عنوان ماده ايزوله جامد موجود بوده،
ولتاژ استقامت يا ولتاژ قابل تحمل فاصله ،با توجه به ولتاژ فابل تحمل ستون مقره و مشخصات ايزوله آن ارائه مي شود .
كليه تجهيزات فشار قوي مجهز به ايزولاسيون داخلي به ايزولاسيون خارجي از نوع فاصله هوايي با ستون مقره مجهز بوده،ايزولاسيون خارجي يا فاصله هوايي آنان وستون مقره مربوطه با توجه به مقررات و دستور العملهاي مناسب انتخاب و برآورد مي شود .
خصوصيات ايزولاسيون عرضه شده توسط فواصل هوايي بدون زنجير يا ستون مقره بوده ،ايزولاسيون عرضه شده توسط فواصل هوايي بدون زنجير يا ستون مقره ،تنها با توجه به شدت ميدان تحمل هوا به شرح زير و ضريب اطمينان 3 برآورد مي شود. شدت ميدان بروز قوس در هوا در قبال ولتاژ فركانس 500KV/m 500 يا KV/m 5 ،شدت ميدان انتخاب شده براي فواصل هوايي ايزولاسيون ،در حدود KV /cm5/1، شدت ميدان بروز قوس در هوا در قبال ولتاژهاي موجي منفي ، KV/cm600 و ياKV /cm 6،شدت ميدان انتخاب سده براي فواصل هوايي ايزولاسيون در حدود KV /cm2
شدت ميدان قابل قبول هوا به شرح فوق تحت تاثير كيفيت هوا و آلودگي محيط واقع نبوده ،در رطوبت زياد تنها به ميزان 3-2./.كاهش مي يابد .در حاليكه شدت ميدان قابل هوا در فواصل هوايي با زنجير يا ستون مقره واقع به شدت تحت تاثير آلودگي ولايه آلوده بر سطح خارجي مقره واقع بين هادي تحت ولتاژ وزمين قرار داشته ، در شرايط آلودگي سنگين همراه با رطوبت بالا KV/cm1تقليل مي يابد .(كتاب آلودگي محيط ايزولاسيون تجهيزات فشار قوي –انتشارات بازتاب ، سال 78-تهران).
اضافه ولتاژها در ايستگاههاي فشار قوي
ولتاژ مقاوم يا ولتاژ قابل تحمل ايزولاسيون هاديها واقع در داخل محفظه بسته تجهيزات فشار قوي
لازم است بطور مناسب پيش بيني شود ،آنچنانكه احتمال بروز هيچگونه قوس واختلال موجود نباشد . تهديد عمده ايزولاسيون داخلي از جانب اضافه ولتاژهاي ظاهر شده ، در شبكه مي باشد .به منظور جلو گيري از اختلال در ايزولاسيون داخلي در فبال كليه انواع اضافه ولتاژها ،ولتاژ مقاوم ايزولاسيون داخلي تا حد امكان افزايش داده مي شود . پيش بيني ولتاژ مقاوم به شرح فوق آنچنانكه كليه انواع اضافه ولتاژها را تحمل نمايد مستلزم آگاهي از نوع و ميزان اضافه ولتاژ ها و
عوامل موثر در كاهش دامنه آنان و روش مناسب در تقويت ايزولاسيون داخلي خواهد بود ،انچنانكه احتمكال قوس و اختلال در قبال اضافه ولتاژها در ايزولاسيون داخلي تجهيزاتفشار قوي تا حدود صفر كاهش يابد. در غير اين صورت تامين ايزولاسيون داخلي مطمئن در قبال كليه انواع اضافه ولتاژها غير ممكن بوده،اقتصادي نيز نخواهد بود .
اضافه ولتاژ هاي ظاهر شده در شبكه به طور كلي به دو دسته اضافه ولتاژ هاي موقت و اضافه ولتاژهاي موجي تقسيم مي شوند .
1- اضافه ولتاژهاي موقت :افزايش ولتاژ فركانس 50 شبكه به عنوان اضافه ولتاژهاي موقت ياTemporary
ناميده مي شود . افزايش ولتاژ فركانس 50يا اضافه ولتاژ موقت به دو صورت در شبكه مشاهده مي شود .
a- اضافه ولتاژ موقت دراز مدت ، (بيش از يك دقيقه) با افزايش محدود دامنه 5 تا 10./. (ضريب افزايش
05/1 تا 1/1 برابر ) ،اين نوع اضافه ولتاژ به علت تغييرات اكتيو و رآكتيو بار شبكه در 24 ساعت مشاهده مي شود .
b- اضافه ولتاژ موقت كوتاه مدت ،( كمتر از يك دقيقه) :اين نوع اضافه ولتاژ موقت با افزايش دامنه 20 تا 80./. (ضريب اضافه ولتاژ 2/1-8/1 )در كمتر از يك دقيقه مشاهده مي شود . اضافه ولتاژ از اتصالي يك فاز به زمين و افزايش ولتاژ فازهاي سالم نتيجه مي شود .
2-اضافه ولتاژهاي موجي : اضافه ولتاژهاي موجي با فاصله زماني كمتر از ms 3 -2 بر روي نيم پريو
د ولتاژ سينوسي ظاهر شده ، همراه با ينم پريود فوق در طول شبكه منتشر مي شوند. لذا به موج امپدانس يا ضربه موسوم است .اضافه ولتاژهاي موجي يا ضربه تحت تاثير دو پديده زير در شبكه ظاهر مي شوند .
a- پديده تخليه جوي :با تخليه بارهاي الكتريكي از ابر بر هاديهاي فاز شبكه در فاصله چند ده ميكرو ثانيه ،اضافه ولتاژهاي موجي ناشي از تخليه جوي ظاهر شده به Lighting Overvoltage موسوم مي باشد.
b- پديده بروز Restrik در قوسهاي طولي روي داده در شبكه :هنگامي كه در مسير جريان بار شبكه ،
پارگي يا قطع هاديهاي فاز روي داده فاصله هاديها نيز در محل قطع نا چيز باشد ،جريان بار از طريق قوس ظاهر شده بين دو هادي موسئم به قوس طولي بر قرار بوده ،قوس در لحظات صفر سينوسي بطور طبيعي خاموش شده ،جريان بار مصرف براي فاصله زماني 100-50 قطع شده ،تحت تاثير ولتاژ ظاهر شده از طرف شبكه به عنوان ولتاژ اسقرار گذار يا TRV قوس مجدد روي داده ، جريان برقرار مي شود .
زده شدن قوس در هر لحظه صفر در قوس طولي به عنوان Restrikeموسوم مي باشد .زده شدن قوس در هر لحظه صفر سينوسي يا Restrike ،اضافه ولتاژ با دامنه بالا را با دامنه p.u.4-3 به صورت ولتاژ موجي يا ضربه در ولتاژ سينوسي هادي كه به اضافه ولتاژ موجي ناشيRestrike موسوم مي باشد.
از آنجا که قطع و وصل کلیدها بطور معمول در روز بطور دتی انجام می شود و در هنگام وصل نیز Restrike روي مي دهد لذا این نوع اضافه ولتاژها به عنوان ولتاژهای قطع و وصل یا Switching Overvoltage موسوم می باشند.
در ردیف ولتاژهای دامنه اضافه ولتاژها ناشی از Restrike در کلیدها، محدود بوده پیش بینی اضافی را در ایزولاسیون مگر در موارد خاص ضروری نمی سازد. در حالیکه در کلیه ردیف ولتاژها، هادیها در فضای باز نصب بوده، در معرض تخلیه جوی مداوم واقع بوده، اضافه ولتاژهای موجی تخلیه بطور مداوم در شبکه ظاهر می شوند. به همین علت طبق کلیه استانداردها پیش بینی ایزولاسیون شبکه در ردیف ولتاژهای در قبال ولتاژهای موجی تخلیه جوی و در ردیف ولتاژهای در قبال ولتاژهای موجی و قطع و وصل صورت می پذیرد. در کتاب حاضر خصوصیات طراحی ایستگاهها در ردیف ولتاژهای KN 230-20 مورد نظر بوده، لذا اضافه ولتاژهای قطع و وصل در نظر گرفته نمی شوند.
بطور خلاصه طبق دستورالعمل استاندارد، طرح ایزولاسیون هادیها مشخصات ایزولاسیون فشار قوی در قبال ولتاژها به شرح زیر تعیین می شود.
1- تا ردیف ، با توجه به اضافه ولتاژهای موقت طبق دو بند a و b و اضافه ولتاژهای تخلیه جوی
2- تا ردیف با توجه به اضافه ولتاژهای موقت دو بند a و b و اضافه ولتاژهای موجی تخلیه ج
وی و قطع و وصل
اضافه ولتاژهای دراز مدت با دامنه محدود
در این نوع اضافه ولتاژهای موقت، ولتاژ اسمی شبکه به تدریج همزمان با کاهش باراکتیو و تبدیل قدرت اکتیو القایی مصرفی خطوط به قدرت اکتیو خازنی، فزونی یافته، با افزایش هر چه بیشتر قدرت اکتیو خازنی حاصل از خطوط، ولتاژ اسمی بیش از پیش فزونی می یابد. تبدیل خطوط انتقال انرژی، در پی کاهش بار اکتیو روی می دهد. کلیه خطوط انتقال انرژی با توجه به خاصیت القایی و خازنی هادیها در سرتاسر طول خط، قدرت راکتیو طبق رابطه زیر مصرف و یا تولید می نمایند.
1-6
- طول موج خط طبق رابطه طول خط سرعت انتشار موج معادل
P – قدرت اکتیو برقرار شده در خط
P0 – قدرت طبیعی خطوط طبق رابطه
Z0 – امپدانس طبیعی خط بر حسب اهم
امپدانس طبیعی خط طبق رابطه حدود مشخص و معین را با توجه به خاصیت القایی و خازنی واحد طول خط دارا بوده، لذا به موقعیت هادیها بر روی برج، تعداد هادیها در هر فاز، نوع و ضخامت ایزولاسیون کابلها بستگی داشته مستقل از طول خط می باشد. حدود امپدانس طبیعی به شرح می باشد:
- برای خطوط با ولتاژ (خطوط با یک هادی در هر فاز):
- برای خطوط با ولتاژ (خطوط با بیش از یک هادی در هر فاز)
- برای کابلها
- برای تاسیسات GIS ، (هادیهای سه فاز در داخل محفظه با ایزولاسیون گاز):
با توجه به دو کمیت مشخص و ثابت U و Z0 در هر خط، قدرت طبیعی خط مقدار ثابت و معین را در هر خط دارا می باشد، در حالیکه قدرت اکتیو خط P یا نسبت در 24 ساعت در فاصله وسیع تغییر نموده، تغییرات قدرت QR را بر حسب نسبت طبق رابطه 1-6 موجب می شود. در صورتی که تغییرات قدرت QR بر حسب نسبت در صفحه مختصات رسم شود، در رابطه فوق شبکه مصرف واقع در انتهای خط اهمی فرض شده، خط فاقد راکتوررشنت یا خازن سری بوده است. به عبارت دیگ
ر منحنی فوق و قدرت QR تنها از خاصیت القایی و خازنی خط نتیجه می شود. طبق رابطه 1-6 و منحنی رسم شده به ازاء نسبت به یا قدرت اکتیو خط صفر بوده، مگاوارمتر خط صفر را نشان می دهد. از آنجا قدرت طبیعی خط به شرح زیر تعریف می شود. قدرت طبیعی در هر خط انتقال انرژی قدرتی است که به ازاء آن قدرت راکتیو حاصل از خط صفر بوده، هیچگونه قدرت راکتیو توسط خط تولید یا مصرف نشود، در این حالت خط خصوصیات خطوط انتقال انرژی جریان مستقیم را دارا بوده به عنوان خط در تحت شرایط : Self-Compensation نامیده می شود.
یا به ازاء P=0 ، خط بی بار قدرت راکتیو ناشی از خاصیت خازنی خط منفی بوده به عنوان قدرت راکتیو شارژر خط بیان می شود:
2-6
به ازاء یا قدرت راکتیو خاصل از خط القایی بوده توسط خط مصرف شده، به ازاء یا قدرت راکتیو حاصل از خط خازنی بوده توسط خط تولید می شود.
قدرت اسمی خط Pn با توجه به جریان بار اسمی هادیهای خط In بیان می شود. نسبت قدرت
اسمی Pn به قدرت طبیعی خط P0 در ردیف ولتاژهای اسمی مختلف حدود زیر را در خطوط معمول موسوم به خطوط نوع کلاسیک دارا می باشد.
به عنوان مثال برای خط با نسبت ناحیه کار در قبال بار اسمی با A و برای خط با نسبت ناحیه کار در قبال بار اسمی باB است.
با توجه به ساعات شب و روز و تغییر میزان مصرف در ساعات فوق باراکتیو خط در طول 24 ساعت در فاصله 0-Pn تغییر نموده ، به عنوان مثال در خط تغییرات قدرت راکتیو خط در 24 ساعت از تغییرات قدرت اکتیو در فاصله 0-Pn نتیجه شده، هنگامی که نسبت باشد قدرت راکتیو حاصل از خط خازنی هنگامی که باشد قدرت راکتیو القایی می باشد بر طبق نواحی کار B , A برای خطوط 400 و قدرت
راکتیو حاصل از خطوط در ساعات پیک بار تا 3-2 برابر قدرت راکتیو حاصل از خطوط بالغ می شود.
قدرت راکتیو خط در طی 24 ساعت به تعداد دوبار در فاصله دو نقطه y , x جابجا می شود. در ساعات پیک بار در نقطه y سپس همزمان با کاهش بار در ساعات 12-11 شب به تدریج در نقطه x واقع شده، تا ساعت 6-5 صبح به مدت 6 ساعت در این نقطه واقع بوده، در فاصله زمانی فوق خط قدرت راکتیو تولید نموده از ساعت 6 صبح به تدریج بار اکتیو افزایش یافته، در ساعات پیک به نقطه y جابجا می شود. در طی تغییرات باراکتیو، در نقطه y قدرت راکتیو القایی قابل ملاحظه توسط
خاصیت القایی خط مصرف شده خط با افت ولتاژ روبرو می شود. در ساعات شب هنگامی که بار خط و نسبت در حدود نقطه x واقع می شود، قدرت راکتیو خازنی به میزان (به ازاء در رابطه 1-6) توسط خط تولید شده ، خط و شبکه با افزایش ولتاژ روبرو می شوند.
تغییرات قدرت اکتیو در 24 ساعت در کلیه خطوط واقع در یک منطقه طور همزمان روی می دهند به عنوان مثال برای 4 خط تغذیه شده از ایستگاه تغذیه شده از ایستگاه پیک بار در حدود ساعت مشخص روی داده، کلیه خطوط بطور همزمان قدرت راکتیو مصرف نموده، مجموع قدرت راکتیو مصرف شده توسط کلیه خطوط افت ولتاژ قابل ملاحظه و در ساعات شب ، مجموع قدرت راکتیو خازنی تولید شده توسط خطوط افزایش ولتاژ را در شینه موجب می شود.
مثال 1-6 :
ایستگاه نشان داده شده در شکل 6-6 به منظور تغذیه استان T احداث شده از طریق 4 خط با طول های نشان داده شده مجهز به هادی مشابه Lynx در کلیه آنان، (قدرت اسمی یکسان) شهرستان و ایستگاههای استان را تغذیه می نماید. قدرت راکتیو خازنی حاصل از کلیه خطوط در ساعت 12 شب در شینه مورد نظر می باشد. در سه خط 1، 2 و 4 بار اکتیو در ساعت 12 شب تا حدود 5% بار اسمی کاهش یافته، خط 3 به منظور تغذیه کارخانه سیمان با مصرف به صورت سه شیفت بکار می رود.
برای سه خط 1، 2 و 4 بار راکتیو تولید شده توسط هر یک از خطوط در ساعت 12 شب به ازاء محاسبه می شود. (رابطه 2-6).
برای کلیه خطوط قدرت طبیعی عبارتست از :
طول موج برای دو خط 2 و 4 عبارتست از :
افزایش و کاهش ولتاژ خطوط در 24 ساعت
با توجه به تبدیل همزمان قدرت راکتیو کلیه خطوط به قدرت راکتیو خازنی ولتاژ در شینه تغذیه به میزان قابل ملاحظه افزایش می یابد. به همین ترتیب افت ولتاژ در ساعات پیک بطور همزمان ر
وی می دهد. افزایش ولتاژ تا بیش از مقدار اسمی و کاهش ولتاژ به صورت افت همزمان با تغییرات بار اکتیو و تغییر ماهیت قدرت راکنیو خطوط در کلیه شبکه ها در طول 24 ساعت بطور مداوم مشاهده می شود افزایش و کاهش ولتاژ اسمی به ترتیب فوق از نظر مصرف کننده ها و تجهیزات شبکه با عوارض و مشکلات متعدد در بهره برداری همراه می باشد. افزایش ولتاژ در ساعات نیمه شب ایزولاسیون شبکه را تهدید نموده، در نقاط با ایزولاسیون ضعیف اختلال و بروز عیب را موجب می شود. بسیاری از حوادث و عیوب روی داده در خطوط انتقال انرژی و تجهیزات فشار قوی در ساعات شب روی می دهند. به عنوان مثال فواصل هوایی ایزولاسیون با زنجیر یا ستون مقره در خطوط در تجهیزات و در سطح ایستگاه، نظیر ستون مقره برق گیرها ، کلیدها، CT ها، بوشینگ ها، پوشیده از لایه آلوده، در ساعات شب مختل شده، قوس سطحی و قطع شبکه را در اوقات رطوبی هوا موجب می شوند.
چنانکه در قسمت بعد شرح داده خواهد شد ایزولاسیون خارجی تجهیزات فشار قوی مجهز به ستون های مقره به اضافه ولتاژهای موقت دراز مدت، ظاهر شده در ساعات شب و بی باری شبکه، فوق العاده حساس بوده بروز قوس و عیب را سبب می شود. از نظر مصرف کننده های انرژی نیز افزایش ولتاژ در ساعات نیمه شب عیب در کابلها، موتورها، ترانسفورماتورها، در شبکه های توزیع و کارخانجات صنعتی و تولیدی موجب می شود. به همین علت کاهش ولتاژ در ساعات شب مورد نظر بوده بخشی از پیش بینی ها در هنگام طرح ایستگاه به همین منظور صورت می پذیرد. افت ولتاژ در ساعات پیک از نظر ایزولاسیون مشکل عمده را همراه نداشته ولی جریان مصرفی بارهای غیر خطی نظیر موتورها را فزونی می بخشد. مقابله با پدیده فوق و تغییرات ولتاژ شبکه در طول 24 ساعت از طرفی مستلزم تنظیم ولتاژ و از طرف دیگر تقویت مناسب ایزولاسیون تجهیزات فشار قوی خواهد بود.
طبق کلیه استانداردها سطح ایزولاسیون تجهیزات فشار قوی تا حدود مناسب 10-5% بیش از ولتاژ اسمی در نظر گرفته شده، کلیه کارخانجات سازنده تجهیزات فشار قوی را به منظور تحمل دائم اضافه ولتاژ موقت فرکانس 50 کوتاه مدت ناشی از ساعات بی باری شبکه طرح و پیش بینی می نمایند. درصد افزایش اضافه ولتاژ متناسب با افزایش ردیف ولتاژ اسمی کاهش می یابد. به عنوان مثال در ردیف افزایش قابل قبول ولتاژ در ساعات شب تا و مقدار اضافه ولتاژ یا 20% مقدار اسمی تعیین شده است در حالیکه در ردیف افزایش ولتاژ تا مقدار و مقدار اضافه ولتاژ به میزان یا
5% ولتاژ اسمی بوده قادر به تحمل ولتاژ فرکانس 50 بطور دائم به میزان می باشند.
کلیه تجهیزات فشار قوی با توجه به سطح افزایش ولتاژ درازمدت طبق مقادیر استاندارد طراحی شده، سطح فوق به عنوان حداکثر ولتاژ کار دستگاه یا Maxomum Contionous Operatling Voltage موسوم بوده، بر روی پلاک تجهیزات با همین عنوان قید می شود. بدین ترتیب افزایش ولتاژ اسمی در هر ردیف تا سطح مورد اشاره قید شده بر روی تجهیزات فشار قوی قابل می باشد. افزایش ولتاژ تا بیش از مقدار فوق ، قابل قبول نبوده، لازم است از طریق پیش بینی های مناسب به شرح زیر از افزایش ولتاژ تا پیش از سطح فوق جلوگیری شود.
1- تنظیم ولتاژ در طرف تغذیه ترانسفورماتورها به میزان ولتاژ اسمی با استفاده از تغییر تعداد دور
سیم پیچی ها به میزان محدود توسط دستگاه Tap Changer : امکان تنظیم ولتاژ به میزان محدود در کلیه ترانسفورماتورها بطور دستی یا اتوماتیک ، در زیر بار و یا بدون بار (off-load) موجود می باشد. ترانسفورماتورهای توزیع به طور معمول از نوع off-load بوده ترانسفورماتورهای معمول 63 و یا KV 230 به دستگاه تنظیم ولتاژ One-load از نوع اتوماتیک و یا دستی مجهز می باشند. در ایستگاهها با اپراتور سه شیفت به صورت دائم از دستگاه تنظیم دستی در زیر بار استفاده می شود. در ایستگاهها فاقد اپراتور از دستگاه تنظیم اتوماتیک ولتاژ استفاده می شود.
2- استفاده از راکتورهای شنت: راکتور با خاصیت القایی بالا، بین فاز و زمین وصل شده قدرت راکتیو القایی مصرف می نماید. همزمان با تبدیل قدرت راکتیو شبکه به مشخصه خازنی و افزایش ولتاژ، راکتور به شبکه وصل شده، قدرت راکتیو تولید شده توسط راکتور به مصرف رسیده، قدرت تولیدی خطوط کمپانسه شده، ولتاژ کاهش می یابد. در ساعات پرباری شبکه همزمان با تبدیل قدرت راکتیو خازنی شبکه به مشخصه القایی، در ساعات صبح از شبکه جدا شده، ولتاژ مقدار عادی و اسمی را دارا می شود. بدین ترتیب راکتور شنت به تعداد 2 بار در 24 ساعت مورد قطع و وصل قرار گرفته ولتاژ اسمی شبکه را کنترل و تنظیم می نماید. به همین علت راکتورهای شنت پیش بینی شده، به منظور کمپانسه نمودن قدرت راکتیو خطوط ناشی از تغییرات بار شبکه به راکتور شنت قابل قطع و وصل یا Switchable راکتور موسوم می باشند.
قدرت راکتیو خازنی تولید شده توسط خطوط شبکه در شرایط بی باری، قدرت راکتیو شنت را مشخص ساخته با MVAR مشخص می شود. راکتورها در شبکه به دو نوع شنت و سری تقسیم می شوند راکتور از نوع سری در مسیر جریان بار نصب شده به منظور محدود ساختن جریان عیب و قدرت اتصال کوتاه بکار می رود،. راکتور سری تنها در شبکه های ولتاژ متوسط * بکار می رود در حالیکه راکتور شنت بین فاز و زمین وصل شده به منظور کمپانسه نمودن قدرت راکتیو خازنی حاصل از خطوط بکار می رود. برای این منظور قدرت راکتور شنت در حدود قدرت راکتیو ظاهر شده در مح
ل شینه تغذیه، در ساعات بی باری شبکه، انتخاب می شود. در مثال 1-6 به منظور کاهش ولتاژ در ساعات شب پیش بینی راکتور با قدرت MVAR 5 مناسب بوده با وصل آن ولتاژ تا میزان قابل ملاحظه بالغ بر 4-3 بله تنظبم ولتاژ ترانسفور کاهش می یابد بدون اینکه تنظیم ولتاژ توسط دستگاه TC ترانسفورماتور نیاز باشد. بطور معمول تنظیم ولتاژ توسط ترانسفورماتور، به تغییرات محدود ولتاژ شبکه پاسخ داده مناسب می باشد، در حالیکه راکتور شنت در قبال تغییرات وسیع ولتاژ با سرعت بالا بکار برده شده، پیش بینی می شود.
در مثال مورد اشاره پیش بینی راکتور با قدرت MVAR 5 تحت ولتاژ KV 63 به منظور اتصال به شین
ه
KV 63 با هزینه بالا همراه خواهد بود. در حالیکه راکتور با قدرت فوق تحت ولتاژ 20، 15، 5/12، 10 از نظر اقتصادی مناسب و قابل قبول می باشد. لذا راکتور با قدرت MVAR 5 تحت ولتاژ 5/12 ساخته شده از طریق سیم پیچی سوم ترانسفورماتور 63/230 به شبکه وصل می شود. چنانکه ترانسفورماتورها بطور معمول با سیم پیچی سوم تحت ولتاژ 20-10 و با قدرت MVAR 5 هیچگونه تفاوت با راکتور با قدرت مشابه تحت ولتاژ KV 63 وصل به شینه KV 63 دارا نمی باشد. در حالیکه هزینه راکتور تحت ولتاژ KV 5/12 تا حدود 8-5 برابر کمتر خواهد بود.
در ردیف و لتاژهای KV 230-400 قدرت راکتور شنت مورد نیاز به حدود MVAR 1000-30 بالغ می ود. در این حالت ساخت راکتور تحت ولتاژهای KV 400-230 و بالاتر مقرون به صرفه بوده، راکتور تحت ولتاژ شینه ساخته شده، مستقیماً به شینه اصلی تغذیه وصل می شود. در ایران راکتورهای شنت از نوع Switchable در ردیف KV 230بکار برده نشده ولی در ردیف KV 400 در ایستگاههای KV 400 با قدرت راکتیو بالا در ساعات بی باری شبکه بکار برده می شود.
قدرت راکتیو خازنی حاصل از خصوص انتقال انرژی در ساعات بی باری شبکه، بستگی مستقیم با طول خطوط داشته، با توجه به طول بالای خطوط انتقال انرژی در ایران پیش بینی راکتورهای شنت تحت ولتاژ KV 20-10 و یا تحت ولتاژ انتقال KV 400 ضرورت می یابند.
مثال 2-6
در شکل 8-6 خط KV 230 تهران- سمنان – شاهرود- نشان داده شده است. به منظور جلوگیری از افزایش ولتاژ، نصب راکتور شنت در سیم پیچی سوم ترانسفورماتورها در ایستگاههای سمنان و شاهرود ضروری می باشد، قدرت راکتور شنت مورد نصب در ایستگاه سمنان مورد نظر می باشد.
قدرت راکتور شنت در ایستگاه سمنان به منظور کمپانسه نمودن قدرت راکتیو سه خط KV 63 ، 1،2،3 و خط KV 230 سمنان – شاهرود پیش بینی می شود. قدرت راکتیو خازنی هر یک
از خطوط KV 63 با طول متوسط KV 50 در شرایط بی باری عبارتست از : (رابطه 2-6)
لذا راکتورها شنت با قدرت MVAR 15-12 مناسب خواهد بود. راکتور با قدرت MVAR 5/12 با ولتاژ
KV 5/10 در سیم پیچی سوم ترانسفورماتور KV 63/230 پیش بینی می شود.
مقابله با افت ولتاژ در ساعات پیک
افت ولتاژ در ساعات پیک از مصرف قدرت راکتیو توسط خطوط به ازاء بار اسمی و بارهای بیش از آن با توجه به نسبت طبق جدول 1-6 نتیجه می شود. در حالیکه قدرت راکتیو کلیه مصرف کننده ها و واحد صنعتی مجهز به موتورهای الکتریکی متعدد، در شبکه توزیع، از طریق نصب واحدهای خازنی، کمپانسه شده، شبکه مصرف KV 20-11 شهری و صنعتی فاقد قدرت راکتیو القایی فرض می شوند. در حال حاضر کلیه مصرف کننده ها با ضریب قدرت کمتر از 8/0 توسط شرکت های توزیع برق شناسایی شده. از طریق نصب واحدهای خازنی ضریب قدرت آنان اصلاح می شوند. بنابراین فرض مورد اشاره قابل قبول بوده، منطبق با واقعیت می باشد. در اینگونه شبکه های مصرف، قدرت راکتیو القایی ظاهر شده در شبکه های KV 63 و KV 230 را قدرت رادیواکتیو مصرف شده با توجه به خاصیت القایی خطوط فوق تشکیل می دهد. قدرت راکتیو مصرف شده به شرح فوق، افت ولتاژ را در ساعات پیک موجب می شود. اصلاح ولتاژ مستلزم کمپانسه نمودن قدرت فوق از طریق نصب بانگ خازنی تحت ولتاژ 20 یا KV 63 و وصل آن به شبکه در ساعات پیک بار می باشد. بدین ترتیب قدرت راکتیو بانک خازنی با توجه به قدرت راکتیو القایی مصرف شده توسط خطوط به ازاء بار اسمی برآورد می شود.
مثال 3-6 :
قدرت بانگ خازنی مورد نصب در ایستگاه KV 63 در برآورد می شود. قدرت راکتیو مصرف شده در ساعات پیک شامل قدرت راکتیو مصرفی خط AB و خطوط KV 20 خروجی L3,L2,L1 خو.اهد بود.
قدرت راکتیو مصرف شده توسط خطوط به ازاء بار اسمی Pn طبق رابطه زیر محاسبه می شود:
نسبت برای خطوط KV 63 در حدود 5/3 و خطوط KV 20 با بار اسمی MW 8 فرض می شوند. برای خط KV 63 AB, با بار اسمی MW 40 و قدرت طبیعی قدرت راکتیو مصرفی خط AB عبا
رتست از :
برای خطوط KV 20 هر یک به طول KV 20 عبارتست از :
لذا :
لذا بانک خازنی با قدرت MVAR 8 انتخاب می شود. بانگ خازنی تحت ولتاژ KV 20 متصل می شود.
اضافه ولتاژهای فرکانس 50 با دامنه بالا و مدت محدود
اضافه ولتاژها با دامنه بالا در فاصله زمانی محدود کمتر از یک دقیقه در هر فاز ظاهر می شوند، دامنه بالای اضافه ولتاژ به حدود 5/1 تا 2 برابر ولتاژ فاز محدود شده، در پی اتصال یک یا دو فاز به زمین، در فاز سالم ظاهر می شوند. همزمان با بروز عیب زمین در هر فاز ولتاژ در فازهای سالم به صورت لحظه ای افزایش یافته با برقراری جریان عیب زمین در فاز معیوب و تشخیص آن توسط رله های حفاظتی و سپس قطع کلید، اضافه ولتاژ از تجهیزات برداشته می شود. لذا مدت برقراری اضافه ولتاژ به فاصله زمانی برقراری جریان عیب و قطع جریان توسط کلید بستگی خواهد داشت. فاصله زمانی برقراری جریان عیب زمین، شامل فاصله زمانی کار رله حفاظتی و تاخیر زمانی مربوط آن و فاصله زمانی قطع جریان توسط کلید می باشد. فاصله زمانی فوق به حدود یک ثانیه بالغ می شود. در صورت وصل مجدد کلید به دفعات متوالی اضافه ولتاژ به صورت منقطع ممکن است تا حدود 1 دقیقه به طول انجامد. به همین علت مدت اضافه ولتاژ موقت در حدود 1 دقیقه در نظر گرفته می شود. در قبال این نوع اضافه ولتاژها نیز لازم است ایزولاسیون داخلی تجهیزات فشار قوی از تحمل الکتریکی کافی برخوردار باشند. برای این منظور در کلید استانداردها ولتاژ یک دقیقه در هر ردیف ولتاژ اسمی تعریف شده است بر طبق آن کلیه تجهیزات فشار قوی با ولتاژ استاندارد به عنوان ولتاژ یک دقیقه مورد آزمایش قرار گرفته، ولتاژ فرکانس 50 به مدت یک دقیقه به دستگاه فشار قوی اعمال می شود. مقدار ولتاژ یک دقیقه به دستگاه فشار قوی اعمال می شود.
افزایش ولتاژ فاز- زمین در فازهای سالم در پی بروز عیب زمین در محل عیب، در شکل b10-6 نشان داده شده است. میزان افزایش ولتاژ در فازهای سالم به مقدار جریان عیب زمین بستگی داشته، با افزایش جریان عیب زمین، میزان افزایش ولتاژ در فاز سالم کاهش می یابد. به عنوان مثال در صورت ایزوله بودن نقطه نول شبکه تغذیه و عدم برقراری جریان عیب زمین در اتصالی یک فاز به زمین، ولتاژ در فاز سالم حداقل تا برابر و بیشتر افزایش می یابد. به همین علت میزان افزایش ولتاژ در فاز سالم یا اضافه ولتاژ موقت کوتاه مدت با ضریب موسوم به ضریب زمین طبق رابطه زیر تعریف می شود:
3-6
U phs- ولتاژ فاز سالم پس از بروز عیب فاز – زمین
- ولتاژ فاز قبل از بروز عیب زمین
میزان افزایش ولتاژ فاز سالم با توجه به ضریب زمین Kg در استاندارد به شرح زیر تعیین شده است.
برای ردیف ولتاژهای توزیع
برای ردیف ولتاژهای انتقال
بدین ترتیب افزایش ولتاژ کوتاه مدت ناشی از عیوب فاز- زمین در ردیف توزیع تا 40% و در ردیف انتقال تا 5% قابل قبول می باشد. بنابراین طرح ایستگاه و انتخاب مشخصات تجهیزات فشار قوی لازم است بطور مناسب صورت گیرد، آنچنانکه ضریب زمین از حدود تعیین شده در استاندارد به شرح فوق تجاوز ننماید.
به منظور تعیین کمیات موثر در مقدار ضریب زمین و رعایت پیش بینی های لازم در هنگام انتخاب مشخصات تجهیزات، ولتاژ فاز سالم در قبال عیوب زمین محاسبه شده ضریب زمین و کمیات موثر مقدار آن تعیین می شوند، با محاسبه ولتاژ فاز سالم ضریب زمین به شرح زیر برآورد می شود:
4- 6
- راکتانس مولفه صفر دیده شده از محل عیب زمین
- راکتانس مولفه مستقیم دیده شده از محل عیب زمین
بنابراین مقدار ضریب زمین یا میزان افزایش ولتاژ در فاز سالم در پی بروز عیب زمین در هر یک از فازها، به نسبت بستگی داشته ، به منظور تامین ضریب زمین در ردیف انتقال و در ردیف توزیع، نسبت مناسبت و روش های تامین آن یافته می شوند.
1- در ردیف انتقال لازم است هیچگونه افزایش در ولتاژ فازهای سالم در پی عیب زمین در هر یک از فازها، روی نداده، ضریب زمین مقدار 05/1-1= Kg را دارا باشد. به منظور تعیین نسبت مربوطه آن، با استفاده از منحنی فوق نسبت مناسب در ردیف انتقال در محدود 3-1 نتیجه می شود. در نسبت راکتانس مستقیم دیده شده از محل عیب نسبتاً ثابت بوده راکتانس مولفه صفر به وضعیت نقطه نول شبکه بستگی داشته با افزایش تعداد نقاط نول و اتصال کلیه سیم پیچی های سه فاز، به صورت ستاره زمین شده به میزان قابل ملاحظه کاهش یافته به مقدار واحد نزدیک می شود. ا
ین نتیجه گیری قبلاً نیز حاصل گردید. کاهش راکتانس مولفه صفر جریان عیب زمین را فزونی می بخشد. بر طبق آن هنگامی که شود جریان عیب زمین تک فاز با جریان عیب سه فاز برابر می شود. رابطه زیر نیز برابری جریان عیب تک فاز را به سه فاز به ازاء تایید می نماید. در کلیه شبکه های انتقال و توزیع انرژی جریان عیب سه فاز مستقل از وضعیت نقطه نول بوده، تنها با توجه به مولفه مستقیم راکتانس دیده شده از محل عیب برآورده می شود یا :
به همین علت جریان عیب سه فاز به عنوان جریان مبنا در نظر گرفته شده، جریان عیب تک فاز نسبت به آن برآورد می شود.
جریان عیب تک فاز عبارتست از :
5-6
در این صورت نسبت جریان عیب تک فاز به سه فاز خواهد بود:
6-6
ملاحظه می شود هر دو منحنی به ازاء 1=m برابر واحد شده نتیجه می شود، بدین ترتیب به منظور تامین ضریب زمین لازم است جریان عیب زمین افزایش یافته با جریان عیب سه فاز برابر شود، این منظور به ازاء نسبت حاصل می شود. کاهش نسبت تا مقدار واحد مستلزم تقلیل راکتانس مولفه صفر تا مقدار مولفه مستقیم شبکه خواهد بود. به منظور تقلیل حداقل راکتانس مولفه صفر در مسیر جریان زمین و افزایش جریان زمین تا مقدار حداکثر ممکن ، دستورالعمل زیر ارائه شده است:
الف- پیش بینی کلیه اتصالات سه فاز در ردیف ولتاژهای انتقال نظیر سیم پیچی سه فاز
ترانسفورماتورها و راکتورها به صورت ستاره زمین شده، آنچنانکه در صورت اتصال هر نقطه از هادیهای تحت ولتاژ در هر نقطه شبکه به زمین، جریان عیب زمین با مقدار بالا برقرار شود. تعداد هر چه بیشتر نقاط نول زمین شده، جریان عیب زمین را فزونی بخشیده، کاهش ضریب زمین را موجب
می شود. به همین علت کلیه اتصالات سه فاز در ردیف انتقال بدون استثناء به صورت ستاره زمین شده در نظر گرفته می شوند، بدین ترتیب در ردیف انتقال شامل ولتاژهای KV 400-230-132 و بالاتر اتصال سیم پیچی ها به صورت مثلث مجاز نبوده قابل قبول نمی باشد.
در ردیف KV 63 پیش بینی سه فاز به صورت مثلث در طرف اولیه با ثانویه موجود بوده چنانکه اتصال مثلث سیم پیچی ها در طرف مصرف واقع باشد، شبکه مصرف از طریق Ea
rthing Transformer زمین می شود. بطور معمول سیم پیچی های طرف اولیه تحت ولتاژ KV 63 به صورت ستاره زمین شده پیش بینی می شود. هنگامی که سیم پیچی هر دو طرف اولیه و ثانویه ترانسفورماتورها تحت ولتاژ انتقال واقع باشند، طبق دستورالعمل فوق اتصال آنان خواهد بود.
به منظور سهولت کار رله های حفاظتی ترانسفورماتور نظیر رله دیفرانسیل، اختلاف فاز سیم پیچی های اولیه و ثانویه هر دو با اتصال ستاره زمین شده، معادل و0 یا در نظر گرفته می شود. در این صورت گروه اتصال سیم پیچی ترانسفورماتورها 12- و 11- یا 1- خواهد بود.
ب- پیش بینی سیم پیچی سوم با اتصال مثلث به منظور کاهش امپدانس هموپلر: چنانچه مدار معادل ترانسفور با اتصال ستاره- ستاره رسم رسم گردد، با برقراری جریان عیب فاز- زمین (جریان مولفه صفر)، امپدانس مغناطیسی ترانسفورماتور در مسیر جریان عیب فاز- زمین واقع گردیده موجب افزایش درجه حرارت ترانسفورماتور و مدار مغناطیسی آن می شود.
