بخشی از مقاله
خلاصه :
با بررسی تفصیلی انواع محدودکننده های1 نوع راکتور DC از جمله محدودکننده های نوع فوق هادی2 و غیر فوق هادی در حالت سه فاز و تکفاز و آنالیز تحلیلی و نتایجی که از شبیه سازی ها بدست آمد سعی بر آن شد که با خواص و ویژگی های این نوع از محدود کننده ها بیشتر آشنا شویم چراکه ویژگی ها این محدودکننده ها بیش از سایرین مورد توجه قرار دارند محدود کننده های نوع راکتورDC ³³3 به صورت سری با تجهیزات سیستم در خط انتقال قرار می گیرند و در هنگام کار عادی شبکه هیچ اثری از خود بجا نمی گذارند و تاثیری در شکل موج ولتاژ و جریان بار در هنگام کار عادی شبکه ندارند.
تلفات توان بسیار ناچیز آنها در مقابل توان شبکه اغلب قابل چشمپوشی است. در هنگام بروز عیب در مدار، محدود کننده های نوع راکتور DC بدون وقفه و بدون نیاز به هیچ فرمان خارجی به علت ویژگی های خاص خود وارد عمل شده وجریان خطا 4را محدود می کنند و از افزایش ناگهانی آن جلوگیری می کنند. تکنولوژی ساخت ساده تری نسبت به دیگر محدودکننده ها دارند. از نظر اقتصادی از دیگر محدودکننده ها بیشتر مقرون به صرفه هستند. سرعت بازیابی بالایی دارند و پس از رفع خطا در فاصله زمانی بسیار کمی قادرند به حالت اولیه خود بازگشته و جریان خطای بعدی را محدود کنند. قابلیت اطمینان بالایی دارند. موجب بهبود کیفیت توان5 در شبکه می شوند.
.1 مقدمه
توسعه روز افزون سیستم های توزیع انرژی الکتریکی و همچنین افزایش به هم پیوستگی درشبکه های قدرت به دلیل نیاز به بالا بودن ظرفیت آنها منجر به افزایش سطح اتصال کوتاه و جریانهای خطای بزرگتر و در نتیجه ازدیاد گرمای حاصله ناشی ازعبور جریان القایی زیاد در ژنراتورها ، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات و همچنین کاهش قابلیت اطمینان شبکه می شود. با وجود رعایت تمامی موارد مربوط به ایمنی سیستم قدرت ، وقوع اتصال کوتاه در شبکه های قدرت امری اجتناب ناپذیر می باشد.
در زمان اتصال کوتاه صرف نظر از آسیبی که به خاطر بروز قوس الکتریکی به نقطه اتصال کوتاه وارد می شود، جریانهای عظیمی که از ژنراتورها به طرف نقطه ی عیب جاری می شود سبب وارد شدن تنش های دینامیکی و حرارتی بالا به تجهیزات سیستم قدرت ازقبیل خطوط هوایی، کابلها، ترانسفورماتورها و کلیدهای قدرت می شود .
عبور چنین جریانی از شبکه نیاز به تجهیزاتی دارد که توانایی تحمل این جریان را داشته باشند و برای قطع این جریان نیازمند کلیدهایی با قدرت قطع بالا هستیم که هزینه های سنگینی به سیستم تحمیل می کند.کلیدهای قدرت مورد استفاده در شبکه برای عملکردکامل نیازمند زمانی معادل چند سیکل - چند میلی ثانیه - می باشد .
عبور مقادیر بزرگ جریان از خطوط و تجهیزات سیستم قدرت در همین چند سیکل می تواند موجب تخریب جدی تجهیزات شود زیرا جریان اتصال کوتاه در لحظات اولیه بویژه در پریود اول موج جریان دارای بیشترین دامنه است و بیشترین اثرات مخرب ازهمین سیکل های اولیه ناشی می شود . این امر در صورت بالا بودن جریان های اتصال کوتاه و عبور آن از سطح عایقی کلیدهای قدرت ممکن است موجب برقراری یک اتصال کوتاه دایمی شود .
افزایش سطح اتصال کوتاه در بعضی از مناطق باعث شده جریان های اتصال کوتاه تا حد مقادیر نامی تجهیزات شبکه افزایش یابد و یا حتی در بعضی حوزه ها مقادیر نامی تجهیزات جوابگوی نیاز نباشد و نیاز به تعویض آنها درخواست شود . بنابراین در سالهای اخیر به تجهیزاتی که توانایی محدود کردن جریان اتصال کوتاه داشته باشند، توجه ویژه ای شده است.
محدود ساز جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار می گیرد وتوانایی دارد تا تمام جریان های اضافی را که بزرگتر از جریان شبکه باشند با زمان پاسخگویی حداکثر نیم سیکل محدود کند . محدود کننده های جریان اتصال کوتاه طراحی شده در دهه های اخیر، عناصر سری با تجهیزات شبکه هستند . این تجهیزات در حالت عادی مقاومت کمی دربرابر عبور جریان از خود نشان می دهند، اما پس از وقوع اتصال کوتاه درلحظات اولیه شروع جریان، مقاومت آنها یکباره بزرگ شده و از بالا رفتن جریان اتصال کوتاه جلوگیری میکنند .این تجهیزات پس از هر بار عملکرد باید قابل بازیابی بوده و در حالت مانگار سیستم باعث ایجاد اضافه ولتاژ و یا تزریق هارمونیک به سیستم نشوند.
سیستم هایی که از محدود کننده های جریان اتصال کوتاه استفاده می کنند دومزیت اساسی زیر را دارا می باشند:
-1 تجهیزات سیستم قدرت این اجازه را پیدا می کنند تا در زمان اتصال کوتاه بدون هیچگونه تنش حرارتی و دینامیکی تا عملکرد کامل کلیدهای قدرت به کار عادی خود ادامه دهند.
-2 نیاز به تعویض تجهیزات سیستم قدرت و افزایش مقادیر نامی اتصال کوتاه در آنها مرتفع شود ویا دست کم به آینده موکول شود بنابراین صاحبان این شبکه ها این امکان را پیدا می کنند تا از تجهیزاتی با مقادیر نامی پایین تر استفاده کرده و صرفه جویی بالایی را در هزینه ها داشته باشند.
1-1 اتصال کوتاه در سیستم قدرت
در یک شبکه قدرت اتصال کوتاه ممکن است در اثر عوامل چون:
-1 افتادن خطوط هوایی
-2 خرابی در کابلهای زیر زمینی
-3 خرابی در خطوط هوایی و بسیاری از عوامل دیگررخ دهد.
زمانی که عیبی در سیستم قدرت رخ می دهد مقاومت شبکه در نقطه اتصال به شدت پایین آمده و بنابراین جریانهایی با دامنه بسیار بالا به طرف نقطه عیب جاری می شود.
اتصال هامعمولاً به دو نوع است:
-1 اتصال مستقیم -2 اتصال غیرمستقیم
اتصال مستقیم به اتصالی اطلاق می شود که مقاومت محل اتصالی کوچک باشد . این اتصالی که بیشتر در اثر برخورد و تماس مستقیم سیمهای زیر فشار به یکدیگر و یا بازمین بوجود می آید - اتصال فلز به فلز - اغلب باعث جوش خوردن، سوزاندن، ذوب کردن و بلاخره جدا کردن هادیها در محل اتصالی می شود و بیشتر در شبکه های فشارکم و متوسط در اثر ضربه های مکانیکی - فشردن و له شدن کابل ها - ، لرزشهای متوالی، اجرای غلط، کهنه شدن عایق و نقص فنی و امثال آن بوجود می آید .
در اتصال غیر مستقیم، اتصال روی مقاومتنسبتاً زیاد است و اغلب توأم با جرقه شدید می باشد و بدین جهت به آن اتصال جرقه ای گفته می شود . اتصال جرقه ای بیشتر در شبکه های فشارقوی در اثر صاعقه، شبنم، ازدیاد فشار،کثیف شدن سطح خارجی عایقها و برخورد اجسام خارجی قسمتهای زیر فشار به وجود می آید . هرچه قدرت اتصالی در محل خطا بزرگتر و دوام آن زیادتر باشد ضایعات و خساراتی که در اثر عبور جریان اتصال کوتاه به تاسیسات برقی وارد می شود بیشتر و سنگین تر می گردد . این ضایعات برای دستگاه های تولید و تبدیل انرژی الکتریکی به مراتب بزرگتر و ترمیم آن به مراتب دشوارتر از محل اتصالی شده در یک نقطه ای از شبکه انتقال انرژی می باشد . در حالت کلی ضایعات جریان اتصال کوتاه را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:
-1 خرابی در محل اتصال
-2 تنش مکانیکی
-3 تنش حرارتی
-4 قطع برق
-5 ازدیاد ولتاژ
-6 امواج نوسانی مستهلک شونده در ماشین
-7 اینرسی گردش منفی موثر و در نتیجه فشار وارد شدن به سیم پیچی های میرا کننده
-8 خطای نسبت تبدیل در اثر ترانسفورماتورهای جریان
-9 ایجاد فشار قدم و فشار تماس زیاد و خطرناک
-10 القای امواج الکترومغناطیسی بر تاسیسات دیگر برقی و مخابراتی
