مقاله روش انتخاب کلید قدرت مناسب براساس شاخص TRV و راهکارهای تطبیق شرایط کلید و شبکه

بخشی از مقاله

چکیده- انتخاب کلید قدرت مناسب با توجه به نقش اساسی این تجهیز در حفاظت شبکههاي برق از اهمیت ویژهاي برخوردار است. موفقیت عمل قطع جریان خطا توسط کلید قدرت به شاخص TRV وابسته است. در این مقاله نشان داده شده است که در بسیاري از موارد انتخاب اولیه کلید بر مبناي پارامترهاي استاتیک قادر نیست تا حدود مربوط به TRV را برآورده سازد. در چنین مواردي لازم است راهکارهایی ارائه شود تا منجر به تطبیق شرایط کلید و شبکه در مورد این پارامتر گردد. این راهکارها شامل استفاده از کلیدي با قابلیت بیشتر، استفاده از خازن موازي و استفاده از محدودکنندة جریان است. میزان تأثیر هر کدام از راهکارها در شرایط مختلف TRV شبکه بررسی شده است.

.1 مقدمه

در اثر انتخاب کلید نامناسب مشکلاتی براي شبکه قدرت بوجود میآید که مهمترین آنها مربوط به قطع جریان اتصال کوتاه است؛ زیرا اگر کلید قادر نباشد جریان اتصالکوتاه را قطع نماید امکان گسترش خطا و آسیبرسیدن جدي به سایر تجهیزات مستقر در پست و نیز شبکه وجود دارد. بنابراین انتخاب صحیح کلیدهاي قدرت میتواند موجب افزایش قابلیت اطمینان کل شبکه گردد. به منظور انتخاب کلیدهاي قدرت لازم است استانداردهاي بینالمللی به عنوان مرجعی که مورد قبول کارشناسان است مدنظر قرار گیرد.

انتخاب کلید مناسب بر مبناي استانداردهاي IEC و IEEE به اینصورت است که ابتدا انتخاب اولیه بر مبناي پارامترهاي استاتیک - ولتاژ، جریان اتصالکوتاه و جریان حالت دائم - انجام میگیرد و سپس عملکرد کلید انتخاب شده براساس پارامترهاي دینامیک - جریان خازنی و - TRV مورد ارزیابی قرار میگیرد[1] و .[2] در این مقاله ارزیابی شاخص TRV در انتخاب کلید مناسب در شرایط مختلف و نیز راهکارهاي تطابق شرایط کلید و شبکه در مورد این پارامتر ارائه گردیده است.

برخی مقالات نیز سعی نمودهاند نحوة انتخاب کلید مناسب را براساس استاندارد ارائه نمایند[3] و [4]؛ اما پارامترهاي گذرا TRV - و جریان خازنی - را در نظر نگرفتهاند. همچنین مطابق استاندارد، توانایی قطع یک کلید یکسان بر اساس برخی شاخصها از جمله TRV در شبکههاي مختلف با یکدیگر متفاوت است که در این مقاله مورد توجه قرار گرفته است. در ادامه و در بخش دوم انتخاب کلید مناسب بر اساس انواع مختلف TRV شبکه ارائه شده است. بخش سوم به معرفی راهکارهاي اصلاحی پرداخته است. در بخش چهارم نیز نتایج شبیهسازيها ارائه گردیده است.

.2 انتخاب کلید قدرت مناسب بر اساس TRV

به منظور انتخاب کلید مناسب بر اساس شاخص TRV ابتدا باید منحنی TRV شبکه در محل نصب کلید بدست آید. سپس این منحنی با منحنی قابلیت TRV کلید مقایسه گردد. در صورتیکه منحنی قابلیت TRV کلید محیط بر منحنی TRV شبکه باشد، کلید انتخاب شده از نظر پارامتر TRV قابل قبول است و در غیر اینصورت باید با استفاده از راهکارهاي ارائه شده در بخش سوم نسبت به تطبیق شرایط کلید و شبکه اقدام لازم را انجام داد.

الف - بدست آوردن منحنی TRV شبکه

براساس مرجع TRV [5] شبکههاي مختلف را میتوان در سه دسته عمومی نمایی، نوسانی و مثلثی قرار داد - شکل . - - 1 -

ب - نوسانی، ج - مثلثی [5]

همانطور که در شکل - 1 - ملاحظه میشود، بر اساس محل وقوع خطا امکان بوجود آمدن شکلموجهاي نمایی و یا مثلثی در شبکهاي مشخص وجود دارد. همچنین ممکن است شبکهاي در معرض TRV نمایی باشد. اگر شبکه در معرض TRVهاي نمایی و مثلثی قرار داشته باشد لازم است هر دو شرایط لحاظ شود و سپس پوش نهایی TRV شبکه از ترکیب منحنیهاي مثلثی و نمایی بدست آید - شکل - . - - 2 اگر شبکه در معرض TRV نوسانی باشد، کافی است پوش همان منحنی نوسانی رسم شود. دستورالعمل رسم پوش منحنی TRV در [6] ارائه شده است.

پوش نهایی

پوش بخش مثلثی

پوش بخش نمایی

ب - بدست آوردن منحنی پوش قابلیت TRV کلید تصور اینکه قابلیت TRV کلیدي یکسان در دو شبکه متفاوت - از نظر پارامترهاي الکتریکی - برابر است، تصور درستی نیست. در [5] قابلیت TRV کلید که در شناسنامه کلید ارائه میگردد، بر اساس آزمایش کلید در شرایط خطاي سهفاز متقارن به ازاي %100 جریان قابل تحمل کلید است. این قابلیت کلید، معیاري است که لازم است بر اساس آن و در شرایط مختلف، قابلیت واقعی TRV کلید محاسبه شود:

.1 استفاده از کلید در شبکهاي با سطح اتصالکوتاه پایینتر: اگر کلیدي در شبکهاي مورد استفاده قرار گیرد که جریان اتصالکوتاه آن از مقدار مجاز جریان اتصالکوتاه کلید کمتر باشد، پارامترهاي مربوط به قابلیت TRV کلید با استفاده از ضرایبی که تابعی از نسبت جریان اتصالکوتاه شبکه به جریان اتصالکوتاه مجاز کلید میباشد[5]، تغییر مینمایند. شکل - 3 - این تغییرات را براي منحنی چهار پارامتري نشان میدهد. ملاحظه میشود که با کاهش جریان اتصالکوتاه عبوري از کلید، قابلیت TRV کلید، هم از نظر مقدار پیک قابل تحمل و هم از جهت نرخ افزایش - RRRV - افزایش پیدا میکند. اگر قابلیت واقعی کلید محاسبه نگردد، ممکن است در مرحله طراحی به اشتباه از کلیدي با سطح اتصالکوتاه بالاتر یا تدابیر دیگري استفاده گردد که موجب افزایش هزینه خواهد شد.

.2 در نظر گرفتن قابلیت قطع خطاي :SLF

مهمترین ویژگی TRV ناشی از خطاي خط کوتاه، شیب اولیه زیاد آن است. هر کلید باید قادر باشد خطاي SLF را نیز با شرایطی که در استاندارد بیان شده است، قطع نماید. این قابلیت به معناي اضافه شدن دو نقطه جدید در منحنی قابلیت کلید است؛ بدین صورت که منحنیهاي چهار پارامتري تبدیل به شش پارامتري و منحنیهاي دو پارامتري تبدیل به چهار پارامتري میشوند. شکل - 4 - منحنی قابلیت TRV کلید را با در نظر گرفتن قابلیت قطع SLF نشان میدهد.

.3 در نظر گرفتن TRV اولیه:

همچنین در برخی شرایط، بازتاب امواج گذرا از اولین ناپیوستگی امپدانس موجی شینه باعث ایجاد نوساناتی در بخش ابتدایی TRV شبکه میشود که به آن TRV اولیه - ITRV - میگویند. از این جهت لازم است کلیدها قابلیت استقامت در برابر ITRV را نیز داشته باشند. روابط مربوط به رسم بخش ITRV در [5] آمده است و در شکل - 5 - نشان داده شده است. از ترکیب این سه بخش میتوان منحنی نهایی قابلیت TRV کلید را بدست آورد. پس از تعیین منحنیهاي TRV کلید و شبکه باید هر دو منحنی در یک دستگاه رسم شوند. اگر منحنی قابلیت کلید بر منحنی TRV شبکه محیط باشد، کلید از نظر پارامتر TRV مشکلی نخواهد داشت و در غیر اینصورت باید با استفاده از راهکارهایی شرایط شبکه و کلید را تطبیق داد.

.3 راهکارها

در شرایطی که انتخاب اولیه کلید از نظر TRV حدود شبکه را برآورده نسازد، لازم است از طریق راهکارهایی به تطبیق شرایط کلید و شبکه پرداخت. این راهکارها عبارتنداز:

1.    استفاده از کلیدي با قابلیت بیشتر

2.    استفاده از خازن موازي

3.    استفاده از محدودکنندة جریان

1.    استفاده از کلیدي با قابلیت بیشتر:

اگر در سطح ولتاژ مشخصی استفاده از کلیدي با سطح اتصال کوتاه مشخص قادر نباشد حدود مربوط به پارامتر TRV را برآورده سازد، استفاده از کلیدي با سطح اتصالکوتاه بیشتر در همان سطح ولتاژ ممکن است موجب برطرف شدن مشکل شود. شکل - 6 - نشان میدهد که استفاده از کلید 63 کیلوآمپر موجب میشود قابلیت TRV کلید نسبت به کلید 40 کیلوآمپر افزایش پیدا کند.