بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توسعه روز افزون تولید و مصرف انرژي الکتریکی، شبکههاي انتقال و توزیع برق گسترش فوق العادهاي پیدا نمودهاند. این نه تنها باعث افزایش تعداد وقوع خطا در شبکه، بلکه باعث افزایش جریان خطا نیز شده است. در این مقاله ابتدا تاثیر FCL و نحوه قرارگیري آن بر روي جریان گذرنده از ترانسفورماتور مورد بررسی قرار گرفته و سپس با تکیه بر این نکته، محل مناسب براي قرارگیري FCL در یک پست واقعی - 230 شمال شبکه یزد - انتخاب شده است
. در ادامه راهکاري براي به دست آوردن مقدار امپدانس بهینه براي FCL ارائه شده و مقدار امپدانس بهینه براي شبکه مورد آزمایش محاسبه گردیده است. در انتها نیز نتایج به دست آمده از طریق محاسبات، به وسیله آزمایش و خطا بر روي نرم افزار DigSilent ، مورد مقایسه قرار گرفتهاند.
1 مقدمه
جریان اتصال کوتاه از دیر باز تا کنون یکی از معضلات عمده سیستمهاي قدرت بوده و همواره شبکههاي الکتریکی و تجهیزات موجود سیستم قدرت را با مشکلات عدیدهاي مواجه ساخته است.2]،[1 براي مقابله با این پدیده به طور معمول دو راه حل به نظر میرسد: یکی به کارگیري شیوههایی با هدف کاهش احتمال وقوع عیب در هنگام طراحی سیستم قدرت و دیگري به کارگیري روشهایی که در زمان وقوع عیب یا اتصال کوتاه دامنه خسارتهاي ناشی از افزایش جریان را کاهش دهد.
اما جلوگیري کامل از وقوع اتصال کوتاه در سیستمهاي قدرت امري نشدنی است و راه حل اول به تنهایی نمیتوانست مشکل را به طور کامل بر طرف کند. بنابراین تجهیزات بایستی بر مبناي جریان اتصال کوتاه طراحی میشدند.3]،[4 با این حال ساختن تجهیزات بر مبناي جریان اتصال کوتاه و استفاده از تجهیزات حفاظتی و کلیدهاي با قدرت قطع بالاتر راه حل ایدهآل و مناسبی به نظر تاثیر قرارگیري محدودکنندههاي جریان خطا بر روي جریان خطاي گذرنده از ترانسفورماتور با تاکید بر بهینه سازي امپدانس FCL نمیرسید؛ چرا که هزینه این تجهیزات در مقایسه با تجهیزات ضعیفتر بسیار زیادتر میباشد.[5]
به غیر از این ما نمیتوانیم اثرات مخرب جریان اتصال کوتاه را بر روي شبکه قدرت، از بین ببریم. از این رو متخصصین به فکر استفاده از راه حلهایی افتادهاند تا بتوانند جریان اتصال کوتاه را محدود کنند.[2] سطح اتصال کوتاه در شبکه به امپدانس تونن معادل از محل وقوع خطا بستگی دارد. بنابراین اساس کار روشهاي کاهش سطح اتصال کوتاه بر اساس افزایش امپدانس تونن معادل از محل وقوع خطا میباشد و به دو دسته کلی تقسیم بندي میشوند:
-1 غیر فعال-2 فعال
در روش غیر فعال، امپدانس شبکه افزایش داده میشود ازاینرو جریان هم در حالت خطا و هم در حالت نرمال سیستم کاهش مییابد و باید تحلیلهاي پخش بار، پایداري گذرا و قابلیت اطمینان شبکه مورد بررسی قرار گیرد تا شبکه از وضعیت استاندارد خارج نشود. 1]،6،[7 در روش فعال، امپدانس فقط در زمان وقوع خطا افزایش داده شده و با ترفندهایی در حالت عادي، امپدانس افزوده شده از مسیر خارج میشود. تا جریان فقط در حالت خطا کاهش یابد. به وسایل و تجهیزاتی که این کار را انجام میدهند، محدودکننده جریان خطا 3 - FCL - میگویند
استفاده از FCL ها در شبکه اگر چه باعث کاهش جریان خطا میشوند ولیکن بر روي سایر قسمتهاي شبکه نیز تاثیر گذار هستند. براي مثال این تجهیزات میتوانند بر روي قابلیت اطمینان سیستم، کیفیت توان، پایداري شبکه و عمر مفید تجهیزات دیگر نیز تاثیر گذار باشند.11]،10،9،[8 این تاثیرات میتواند در جهت مثبت و یا منفی باشد که عموما بستگی به مکان قرارگیري FCL در شبکه دارد. از این رومطالعه بر روي اثرات مختلف FCL و نحوه قرارگیري آن در شبکه میتواند بسیار مهم و حیاتی باشد.
-2 مدل شبکه با وجود FCL
انتخاب محل مناسب FCL باید به گونهاي باشد که تعداد زیادي از خطوط و تجهیزات شبکه را تحت پوشش قرار دهد. به این منظور، بهتر آن است که FCL ها بر روي شینها نصب شوند تا بتوانند جریان خطاي تعداد بیشتري از خطوط و تجهیزات را محدود کنند.
-1-2 مدل FCL
امپدانس محدودکنندهاي جریان خطا، در حالت نرمال سیستم تقریباً صفر میباشد و در شرایط خطا، یک امپدانس سري - ZFCL - در شبکه ظاهر میشود تا بتواند جریان خطا را محدود کند. البته نحوه وارد شدن و زمان وارد شدن این امپدانس با توجه به نوع آن FCL متفاوت میباشد و همچنین مقدار این امپدانس نیز در بعضی از انواع FCL، متغیر است به این معنی که با افزایش جریان خطا امپدانس FCL نیز زیادتر خواهد شد. از این نمونه میتوان به 4SFCLها - محدود کنندههاي ابر رسانایی - اشاره کرد. SFCL ها با توجه به ساختارشان به محض افزایش جریان خطا وارد مدار شده و حتی میتوانند اولین سیکل جریان خطا را نیز محدود کنند.
در این مقاله به منظور مدل کردن FCL از دو امپدانس سلفی خالص و مقاومتی خالص استفاده شده است. بدین گونه که یک راکتور سري و یا یک مقاومت سري، به منظور محدود کردن جریان خطا در لحظهي خطا در مدار قرار داده شده است. مقدار این امپدانس ثابت در نظر گرفته شده تا محاسبات سادهتر گردد. از آنجایی که در این مقاله فقط به نقش محدود کنندگی FCL توجه شده است لذا مدل ذکر شده بسیار کارآمد و مناسب میباشد.
-2-2 مدل شبکه
مدل یک شبکه در حالت بدون FCL به صورت زیر میباشد که Z اندازه امپدانس تونن دیده شده از نقطه اتصال کوتاه بوده و بر حسب اهم بر فاز از رابطه زیر به دست میآید.[15]تاثیر قرارگیري محدودکنندههاي جریان خطا بر روي جریان خطاي گذرنده از ترانسفورماتور با تاکید بر بهینه سازي امپدانس FCL
شکل-1 مدار معادل شبکه در لحظه خطا
در رابطه - zn - 1 امپدانس نرمالیزه شده اتصال کوتاه نسبت به مقدار نامی آن میباشد. Un ولتاژ نامی بر حسب kV و In جریان نامی بر حسب kA میباشند. ZB امپدانس اتصال کوتاه، در ولتاژ مبنا بوده و با رابطه زیر بیان میشود.
که در آن UB، ولتاژ مبنا بر حسب kV است. توان و جریان اتصال کوتاه - SSC,ISC - در محل خطا را میتوان به صورت زیر نوشت. ضریب E/U اثر اضافه ولتاژ در موقع اضافه تحریک و مجموع امپدانسهاي اتصال کوتاه در ولتاژ مبنا میباشد. براي محاسبه توان اتصال کوتاه درلحظه شروع میتوان ضریب E/U را 1/1 در نظر گرفت.[15]
خطوط و تجهیزات متصل به شین خطا دار میباشند. در این حالت Z1||Z2 = Z خواهد بود.
شکل-2 مدار معادل شبکه در لحظه خطا
در سیستمهاي به هم پیوسته، با وجود مجزاسازي کامل یک شین به دو شین مجزا، این دو شین در خارج از پست و به واسطه پستهاي دیگر با هم در ارتباط هستند. این مسئله خود را به صورت امپدانس Z12 نشان میدهد. به طوري که در صورت شکستن شین به دو شین مجزا، مشاهده میشود که امپدانس موازي Z12 به صورت شکل - 3 - خودنمایی میکند.
این امپدانس، معادل امپدانس دیده شده از دو شین مجزا شده میباشد. در حالتی که دو شین به یکدیگر متصل باشند، این امپدانس صفر خواهد بود. - - 0||Z12 = 0
مکان FCL در بین دو شین مجزا شده قرار دارد. از آنجایی که امپدانس این تجهیز در حالت عادي شبکه صفر میباشد، در حالت نرمال شبکه، هیچ تاثیري بر پایداري و وضعیت شبکه نخواهد داشت.
از آنجایی که توان اتصال کوتاه از حاصل ضرب دو کمیت ISC و Un به دست میآید، بنابراین در صورتی که توان اتصال کوتاه SSC مشخص و معین باشد، میتوان امپدانس شبکهاي که محل اتصالی را تغذیه میکند مطابق رابطه - 5 - به دست آورد.
این به آن معنی است که چنانچه جریان اتصال کوتاه یا توان اتصال کوتاه محل خطا، معلوم باشد میتوان به راحتی مدل شبکه را شبیه سازي کرد.[15]مدار معادل شبکه در شرایط خطا را میتوان به صورت شکل - 2 - نیز نشان داد
شکل-3 نحوه مجزا سازي و قرار گیري یک FCL در یک شینبا توجه به مدل ارائه شده در شکل - - 3، جریان اتصال کوتاه مطابق - 6 - و تمام مقادیر بر حسب پریونیت میباشد.
