بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحی و شبیه سازی یخ زدایی خطوط انتقال برق توسط بانک خازنی با نرم افزار Digsilent
چکیده
در این مقاله ما یخ زدایی بر روی خطوط انتقال و فوق توزیع و توزیع را با روش بانک خازن طراحی و شبیه سازی می کنیم. این روش مربوط به تلفات ژول می شود که یکی از مهمترین تکنیک های مشترک و به طور گسترده ای مورد استفاده برای گرمایش هادی با استفاده از هر دو جریان DC و یا AC است .که در این مقاله از تلفات ژول با استفاده از تکنیک جریان AC و با استفاده از بانک خازن20 کیلو ولت، که در پست نصب می شود، جریان راکتیو را می توان به خط قدرت منتقل کرد که این کار منجربه یخ زدایی و افزایش جریان در شبکه می شود، و درجه حرارت خط انتقال افزایش می یابد
کلمات کلیدی: بانک خازنی ،روش تلفات ژول،Digsilent،خطوط انتقال نیرو، ،یخ زدایی، افزایش درجه حرارت، شبکه برق
مقدمه
در سراسر جهان یخ می تواند در خطوط انتقال تشکیل شود. یخ می تواند باعث تغییرآیرودینامیکی خطوط شده ،و باعث گالوپینگ و اتصال کوتاه شود. اگر یخ زیادی بر روی هادی باشد، وزن یخ می تواند باعث سقوط خطوط انتقال شود. بنابراین یخ زدگی می تواند باعث از دست دادن بار شود.در سال 1391، در شمال ایران خط نقده / پیرانشهر در اثر یخ زدگی هادی های خطوط انتقال،باعث بسیاری از حوادث و بلایا در سیستم شبکه انتقال قدرت ، مانند شکست برج، قطع ارتباط وبار،گالوپینگ و غیره گردید.
پوشش یخ در خطوط انتقال هوایی باعث قطع برق منطقه بزرگ می شود، که در بهره برداری بسیاری از صنایع،مانند ارتباط از راه دور، حمل و نقل، گردشگری و غیره تاثیر می گزارد وباعث ضرر و زیان بزرگ اقتصادی می شود .[2-1]
در حال حاضر، دو استراتژی اصلی مختلف به تصویب رسیده[3]، که عبارتند از: -1 روش یخ زدایی -2 روش ضد یخ زدگی روش یخ زدایی روشی است که به صورت مکانیکی و یا الکتریکی یخ روی هادی را شکسته و یا ذوب می کند. در حال حاضر، بیش از 30 روش پیشنهاد شده
در سراسر جهان وجود دارد ، که به طور عمده به صورت ذوب یخ به روش حرارتی ،روش مکانیکی یخ زدایی، و یخ زدایی خود به خودی تقسیم بندی شده است .[5-4] از روشهای حرارتی یخ زدایی شامل: ذوب یخ با ترانس شیفت فازی((PST ، ذوب یخ با اتصال کوتاه 6]، [7، ذوب یخ با روش تنظیم بار الکتریکی [9-8]، ذوب یخ با روش جریان [11- 10] DC و تنظیم بار توسط سلف و خازن جبران کننده .[12]
روش های ضد یخ زدگی مختلف برای جلوگیری و تضعیف قدرت چسبندگی یخ توسط اینترفیس یا رابط بین یخ وهادی [13]، جلوگیری از انجماد قطرات آب فوق سرد در برخورد با سطح هادی [14] و به کارگیری روش های مختلف ترکیبی به منظور محدود کردن رشد پیوسته یخ درهادی [15] ارائه شده است. روش بانک خازنی در این مقاله علاوه بر اینکه یک روش یخ زدایی است همچنین می تواند به عنوان روش ضد یخ زدگی نیز استفاده شود.
تمایل به یخ زدگی زمانی است که درجه حرارت در زیر انجماد بوده ، و هادی سرد است 16]، .[17
مواد و روشهای طراحی مدار یخ زدایی خط انتقال با روش بانک خازنی: .A محاسبه دمای هادی
با معلوم بودن حداکثر توان انتقالی(با در نظر گرفتن رشد بار و عمر مفید خط) در فاز صفر و سطح ولتاژ خط و فرض مقداری برای ضریب توان می توان مقدار جریان عبوری از خط را هم با روش با بانک خازنی و هم بدون بانک خازنی به دست آورد.و با استفاده از آنها دمای هادی را محاسبه نمود و بعد مقدار دمای آن دو را با هم مقایسه کرد. پس معادله تعادل حرارتی برای هادی برابر است با:
1
در این رابطه حرارت تولید شده در هادی به واسطه اثر ژولی ، توان حرارتی جذب شده از خورشید در سطح هادی ،
حرارت خارج شده از هادی به ترتیب بر اثر تشعشع حرارت و همرفت گرما می باشند.روابط زیر نحوه محاسبه چهار کمیت فوق را نشان می دهند
.[18]
در روابط فوق:
: مقاومت هادی در دمای (اهم بر متر) ، ضریب جذب انرژی خورشید که عددی بین 0,3 تا 0,9است و برای هادی های آلومینیومی معمولاً برابر
0,5 فرض می شود.با گذشت زمان و سیاه شدن هادی این ضریب افزایش یافته و به حدود 0,9 نیز می رسد،d قطر هادی (متر)، ضریبی که بیانگر صدور
تشعشع از هادی نسبت به اجسام تیره می باشد و مقدار آن برای آلومینیوم و آلیاژهای آن را می توان 0,6 در نظر گرفت، دمای متوسط محیط (درجه
کلوین)، دمای نهایی هادی (درجه کلوین)، مقداری ثابت برابر با
:Nu عدد ناسلت که از رابطه زیر بدست می آید:
6
: عدد رینولدز است که از رابطه زیر بدست می آید:
7
: سرعت باد دائمی
.B طراحی مدار یخ زدایی خط انتقال با روش بانک خازنی
به منظور افزایش ظرفیت انتقال شبکه برق و کاهش تلفات سیم برای تکمیل منبع توان راکتیو ، بانک خازنی به صورت موازی در شبکه نصب می شود. وقتی که بانک خازنی در مدار قرار می گیرد، باعث می شود که زاویه ضریب قدرت و کل جریان بار تغییر کند. اگر ضریب قدرت بهبود یابد، باعث کاهش تلفات سیم می شود و اگر مقدارضریب توان کاهش یابدجریان افزایش یافته و تلفات به صورت حرارت خواهد بود، پس حرارت افزایش میابد. با کنترل این نوع کاهش ضریب توان در شرایط سخت جوی می توان با اعمال بانک خازنی در جهت کاهش ضریب توان اقدام نمود و مانع تشکیل توده یخ روی خطوط شد و عملیات ضد یخ زدگی ، یا در صورت تشکیل یخ ،عملیات یخ زدایی انجام داد. به دلیل اینکه از نرم نرم افزار دیگسایلنت استفاده کردیم بنابر این طراحی مدار در بخش شبیه سازی به صورت کامل نشان داده شده است.
در معادله یک طرف ثانویه ی معادله متناسب با طرف اولیه است و توان حرارتی جذب شده از خورشید در سطح هادی را
برای هردوحالت (بدون بانک و با بانک) ثابت در نظر می گیریم. حرارت تولید شده در هادی به واسطه اثر ژولی در این معادله متغیر در نظر
گرفته شده است. با توجه به معادله 2، (مقاومت هادی) برای هر دو مدار ثابت است و تنها متغیر ما جریان ها هستند
.C شبیه سازی مدار یخ زدایی خط انتقال با روش بانک خازنی
در این مرحله نتایج شبیه سازی برای دو حالت 20 کیلو ولت و 132 کیلو ولت محاسبه می شود. در این شبیه سازی مربع های سیاه نشان وصل بودن کلید و مربع های سفید نشان قطع کلید است.
الف) حالت خط گرم 132 کیلو ولت را به سه روش -1جبران کننده جریان توان راکتیو (بانک خازنی) برابر با جریان بار توان راکتیو -2 با بانک خازنی -3 بدون بانک خازنی به صورت زیر شبیه سازی می کنیم.
1( هنگامی که جبران کننده جریان توان راکتیو برابر با جریان بار توان راکتیو است ، ضریب قدرت می شود. شکل 1 حالت مقدار توان راکتیو اصلاح شده را نشان می دهد که در آن ظرفیت بارگذاری خط انتقال وترانس به ترتیب %41,32و%15,50 است.
شکل:1جبران کننده جریان توان راکتیو برابر با جریان بار توان راکتیو
