بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مشکلات اصلی بهره برداران شبکه هاي قدرت گستردگی شبکه ها میباشد. این گستردگی موجب می شود تا عیب یابی شبکه ها بسیار مشکل و وقت گیر باشد. سهم بزرگی از خطا هاي شبکه قدرت مربوط به خطا هاي اتصالی است که همراه با آنها قوس و یا جرقه الکتریکی روي شبکه رخ میدهد. هدف این مقاله ارائه روشی است تا به وسیله آن بتوان محل قوس الکتریکی ناشی از خطا را پیدا کرد.
نکته اصلی این فکر در این واقعیت نهفته است که در اثر تخلیه الکتریکی و یونیزاسیون هوا و عبور جریان از قوس الکتریکی طیفی از امواج الکترو مغناطیس منتشر میشود . این امواج با سرعت نور در هوا حرکت میکنند . هدف اصلی این مقاله امکان سنجی دریافت ، شناسایی و مکان یابی امواج ناشی از خطا می باشد. با استفاده از روش پیشنهادي امکان تشخیص نقطه وقوع خطا روي نقشه جغرافیایی و به صورت گرافیکی فراهم می شود. براي ارزیابی امکانسنجی استفاده از این روش در تشخیص خطا آزمایشات عملی انجام و سپس سیگنالهاي عملی جهت استخراج الگوهاي تشخیص مورد مطالعه قرار گرفتند. بررسی سیگنالهاي دریافتی امکان آشکارسازي خطا با این روش را تایید می کنند.
-1 مقدمه
کاهش قطعی برق و یا به عبارت دیگر خاموشی هاي شبکه قدرت نه تنها از نظر مشتري و رضایتمندي او اهمیت دارد بلکه از دید شرکت هاي سرمایه گذار و تامین کننده برق نیز از بعد اقتصادي مهم و قابل توجه است. در حال حاضر حدود یک درصد از امکان فروش برق به دلیل بروز خاموشی ها میسرنمیگردد و در آمدهاي شرکت هاي برق محقق نمیشود.
تقریبا 50 درصد این خاموشیها ناشی از خروج خودکار خطوط توزیع انرژي میباشد.
هرچند انجام اقدامات پشگیرانه جهت جلوگیري از بروز اشکال بسیار مهم و موثر است اما توجه به واقعیت هاي موجود نشان میدهد که همواره بروز اینگونه خطاها اجتناب ناپذیر و محتمل است. بنابراین حتی با داشتن شبکه هاي بدون عیب و ایمن، داشتن امکانات و آمادگی جهت رفع سریع خاموشی هاي احتمالی لازم و مهم است.
از امواج رادیویی منتشر شده تشخیص و مکانیابی خطاهاي فاز به فاز و فاز به زمین در شبکه هاي توزیع برق با استفاده در شبکه هاي فوق توزیع و انتقال به دلیل حجم سرمایه گذاري و نوع شبکه، استفاده از تجهیزات مکان یابی خطا از دیرباز متداول بوده است. انواع رله هاي دیستانس مورد استفاده روي خطوط انتقال و فوق توزیع کار مکان یابی خطا را روي اینگونه شبکه ها را آسانتر نموده است.
مضافاً بر اینکه نوع توپولوژي مداري شبکه هاي فوق توزیع و انتقال انرژي کار عیب یابی را ساده تر نموده است. اما در مورد شبکه هاي توزیع انرژي این موضوع صادق نیست. مشکلات اقتصادي و فنی هر دو موجب گشته اند کمتر به این موضوع در مورد شبکه هاي توزیع انرژي پرداخته شود. اما امروزه هم مشکلات فتی مرتفع شده و یا در حال رفع شدن می باشند. و هم مسئله نحوه نگهداري تاسیسات توزیع و هزینه هاي مادي و معنوي آن به حدي از درجه اهمیت رسیده اند که بهره برداران و طراحان شبکه توزیع به فکر استفاده از سامانه هاي جدید مکان یابی خطا و بهره برداري راحت تر باشند.
یکی از روشهاي متداول در تشخیص و مکانیابی خطا استفاده از دادههاي دیجیتال ثبت شده ناشی از خطا می باشد
در صورت ثبت اطلاعات خط توسط ثباتهاي دیجیتال امکان محاسبه برخی از کمیتهاي شبکه مهیا می شود. یکی از این کمیتها که امپدانس ظاهري که یک پارمتر موثري در محاسبه مکان خطاست
یکی از محدودیتهاي این است که این روش را براي شبکه هاي بدون انشعاب می توا ن بکار برد اما در شبکه هاي با انشعابات زیاد مانند شبکه هاي توزیع دقت لازم را ندارد .
گرچه با کمک الگوریتم هاي هوشمند و مقایسه کننده و ابزار هاي رایانه اي این روش تقویت و در برخی از پیشنهادات براي عیب یابی خطوط توزیع ارائه شده است
از دیگر روشهاي تشخیص و مکانیابی استفاده از امواج سیار است. خطا هایی که روي شبکه رخ میدهد، امواجی سیار را به وجود می آورند که از نقطه خطا به طرف نقاط دیگر در شبکه حرکت میکنند.
در این روش دستگاههاي گیرنده در دو انتهاي خط، امواج سیار و انعکاس هاي آنها را در زمانهاي مختلف دریافت می کنند .اختلاف زمان دریافت اولین موج در دو طرف خط نشان دهنده اختلاف فاصله نقطه خطا از دوباس است. از جمله محاسن این روش دقیق بودن و سریع بودن آن است. از معایب این روش میتوان به این موارد اشاره کرد.
الف- در صورت پیچیدگی و وجود نقاط گره زیاد در سیستم و عدم وجود دستگاههاي گیرنده به تعداد کافی - که در شبکه هاي توزیع این مورد وجود دارد - سیستم مکان یابی ممکن است خطا داشته باشد.
ب- به دلیل اینکه نیاز است دستگاههاي مکان یابی به شبکه متصل باشد، استفاده تجهیزات کمکی جهت این کار موجب افزایش قیمت تمام شده میشود . ضمن اینکه به دلیل اتصال به شبکه تحت تاثیر خطرات موثر بر شبکه مثل رعد و برق میباشد.
یکی دیگر از روشهاي مورد استفاده در مکان یابی استفاده از روش پاسخ فرکانسی است . با توجه به اینکه پاسخ فرکانسی شبکه بعد از بروز خطا تغییر می کند، با مقایسه پاسخ فرکانس قبل و بعد از خطا میتوان محل خطا را تخمین زد.
این روش در مواردي که به هر دلیلی ورودي وخروجیها در دسترس نباشد با مشکل مواجه است. اما در مواردي مانند یک ترانسفورماتور و یا یک ژنراتور میتواند کاربرد داشته باشد.
در این مقاله راهکاري مناسب و کارآمد جهت عیب یابی خطا هاي شبکه توزیع برق ارائه شده است. روش کار بر این واقعیت علمی استوار است که اکثر خطا هاي شبکه قدرت همراه با ایجاد قوس و یا همان جرقه الکتریکی میباشد. و به همراه ایجاد قوس الکتریکی و یونیزاسیون هوا امواج الکترو مغناطیسی تولید میگردد که با سرعت نور در هوا منتشر میشود. این امواج در محل دریافت کننده هایی که با فاصله هاي مختلف از نقطه خطا قرار دارند در زمان هاي متفاوت دریافت می گردد. این اختلاف زمانی مبنایی براي مکان یابی نقطه خطا خو اهد بود .
-2تخلیه الکتریکی
براي عبور جریان الکتریسیته از یک محیط نیاز به حامل هاي الکتریکی میباشد. در فلزات و هادي هاي جامد این حامل ها الکترون ها هستند. در مایعات این ذرات در مرحله اول یون ها و در مرحله دوم الکترون ها هستند. یون ها اتم ها و یا مولکول هایی هستند که یک یا چند الکترون خود را از دست داده اند و یا یک یا چند الکترون در یافت نموده اند. در گاز ها بر اثر عامل خارجی مقداري الکترون آزاد و یون وجود دارد. که هرچه این عامل خارجی قویتر باشدچگالی این بار ها بیشتر است .از جمله عوامل خارجی که باعث یونیزه شدن گاز ها میشوند امواج رادیو اکتیو ، نور،اشعه ایکس ، و غیره میباشد .وجود این ذرات باردار باعث می شود که گاز ها هدایت الکتریکی پیدا کرده و تولید جرقه و یا قوس کنند.
قوس الکتریکی میتواند در اثر افزایش ولتاژ بین دو الکترود بوجود بیاید وگاهی نیز دو الکترود به هم نزدیک شده بین آنها قوس بوجود میاید و سپس ازهم دور میشوند. همانند حالتی که در اثر وزش باد هادیهاي شبکه به هم نزدیک میشوند و بین آنها قوس الکتریکی برقرار میشود. و یا اینکه بین هادي ها شیئ قرار میگیرد و باعث ایجاد قوس میگردد.
همچنین در زمان قطع کلیدهاي فشار قوي. پس ازدور شدن اتصالات،قوس الکتریکی برقرار میگردد.
-3 علت تولید امواج
همانگونه که از منحنی مشخص است رفتار الکتریکی این روند، رفتاري کاملاً غیر خطی است و در مدار الکتریکی به صورت یک مقاومت غیر خطی عمل میکند. به راحتی می توان دید که با اعمال یک ولتاژ الکتریکی سینوسی ساده به دو سر آرك در صورتی که ولتاژ اعمالی بیش از ولتاژ شکست دي الکتریک گاز باشد با جاري شدن جریان الکتریکی، این جریان داراي مولفه هاي فرکانسی در فرکانس هاي مختلف بوده که فرکانس هاي باند HF ,VHF - فرکانس هاي بین 10 تا 500 مگا هرتز - خواهد بود . در شکل 1 نمونه اي از شکل جریان آرك شبیه سازي شده با مدل پاره خطی منحنی مشخصه آورده شده است. هماگونه که در اینجا دیده میشود اعوجاج و شکستگی هاي شکل موج جریان نشان دهنده مولفه هاي هارمونیکی جریان میباشد.
شکل -1 نمونه اي از شکل جریان آرك شبیه سازي شده با مدل پاره خطی
در شکل 2 قسمتی ازطیف فرکانسی شکل موج شکل 1
آورده شده است.حتی در این مدل بسیار ساده شده نیز وجود هارمونیک هاي فرکانس بالا در طیف فرکانسی مشهود است.
با توجه به توان بالاي شکل موج هارمونیک هاي فرکانس بالا از قدرت انتشار مناسبی جهت انتشار در فضا برخوردار هستند. همچنین باید توجه داشت که این شکل موج جریان آرك پایدار شده را نشان می دهد ولی درلحظه شروع جهش جریان با شیب تند تر صورت میگیرد و هارمونیک هاي بیشتري را خواهد داشت.
شکل -2 قسمتی ازطیف فرکانسی شکل موج شکل 1
