بخشی از مقاله
چکیده
در سال های اخیر به دلیل گسترش استفاده از تجهیزات الکترونیکی، بررسی اغتشاشات در شبکه قدرت به امری حساس برای توزیع کنندگان انرژی تبدیل شده است. با توجه به اینکه این اغتشاشات می تواند به صورت ولتاژهایی با دامنه بزرگ در طرف مصرف کننده ظاهر شده و باعث ایجاد قطعی در مصرف کننده گانی شود که از عناصر الکترونیک قدرت استفاده میکنند، لذا همواره تلاش برای رفع این اضافه ولتاژها امری انکار ناپذیر است.
در این مقاله ابتدا اثر وجود اضافه ولتاژ ناشی از کلیدزنی در یک شبکه قدرت ساده بررسی و توسط نرم افزار Matlab شبیه سازی شده، سپس استفاده از فیلتر هارمونیک جهت رفع این اضافه ولتاژها و جایابی بهینه ی آن مورد مطالعه و شبیه سازی قرار خواهد گرفت.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر استفاده از تجهیزات حساس به ولتاژ همواره باعث ایجاد دغدغه هایی در بین مصرف کننده گان شده است چراکه وقوع هر حادثه در شبکه قدرت می تواند باعث بروز قطعی در یک شبکه حساس و از کار افتادن یک سیستم صنعتی در نتیجه بروز خسارات فراوان گردد. آمار نشان می دهد میزان بارهای الکتریکی از 20 درصد در سال 1985 به 50 تا 60 درصد در سال 2000 افزایش یافته است که این آمار افزایش تعداد مصرف کننده گان را به صورت واضح نشان می دهد.
با توجه به اینکه کلید زنی یکی از اموری است که به صورت روزمره در یک شبکه قدرت انجام می شود لذا این امر می تواند باعث بروز نوسانات ولتاژ در شبکه قدرت گردد
از آنجایی که این گذراهای ناشی از کلیدزنی معمولا در طرف تولیدکننده اهمیت چندانی ندارد اما به دلیل پایین بودن فرکانس ، این اضافه ولتاژها به طرف مصرف کننده منتقل شده و ممکن است به صورت ولتاژهایی با دامنه بزرگ در طرف مصرف کننده ظاهر شوند.
این اضافه ولتاژهای گذرا میتوانند باعث ایجاد قطعی در مصرف کننده گانی شوند که از عناصر الکترونیک قدرت استفاده می کنند. به عنوان مثال اگر ولتاژ باسی که اینورتر مربوط به کنترل دور موتور از آن تغذیه می کند از حد معینی بالاتر رود وسیله حفاظتی باعث قطع شدن موتور می گردد که این امر گاها موجب توقف خط تولید و متضرر شدن تولید کننده می گردد و همواره باعث بروز نگرانی می شود ، بنابراین بایستی روش هایی بهینه جهت رفع این اضافه ولتاژها در نظر گرفته و از آنها جهت جلوگیری از بروز قطعی استفاده نمود
در سالهای گذشته استفاده از برقگیر به عنوان روشی جهت حذف این اضافه ولتاژها مورد توجه بوده است و مطالعه ی آن به صورت گسترده انجام گرفت، که این امر استفاده از سایر روش ها را با غفلت روبرو نمود. از جمله این روش ها میتوان به استفاده از فیلتر در یک شبکه قدرت جهت جلوگیری از نوسانات اشاره کرد که بررسی و مطالعه ی آن یکی از اهداف این مقاله میباشد
-2 مطالعه اضافه ولتاژ ناشی از کلیدزنی
همانطور که می دانید کلیدزنی یکی از متداولترین کارهایی است که روزانه در یک سیستم قدرت انجام میگردد. به عنوان مثال ورود و خروج یک بانک خازنی در شبکه یا ورود ولتاژ به خط انتقال پس از کلید زنی انجام می گردد که این امر باعث بروز گذراهایی در ولتاژ و جریان سیستم قدرت می شود.
برای درک ساده تر این موضوع یک شبکه قدرت ساده به فرم زیر و دارای پارامترهای مشخص را در نظر گرفته که توسط نرم افزار متلب مدل سازی شده و پس از آن اثرات اضافه ولتاژ ناشی از کلید زنی در خروجی را مشاهده خواهید کرد.
شکل :1 شبکه قدرت نمونه
جدول:1 اطلاعات شبکه نمونه
حال شبکه قدرت مورد نظر را به صورت زیر در نرم افزار متلب مدلسازی کرده و نتیجه حاصل از خروجی را مشاهده و بررسی خواهیم کرد.
شکل:2 شبکه قدرت شبیه سازی شده
پس از راه اندازی شبکه فوق نتایج حاصل از شبیه سازی را در اسکوپهای ورودی و خروجی مورد مطالعه قرار میدهیم. مطابق انتظار موج تولید شده توسط منبع یک موج سینوسی ایده آل است
که در صورت حذف کلید همین موج وارد خط انتقال میگردد که امری طبیعی اما غیر معقول است زیرا هر خط انتقال همواره جهت تعمیرات و سایر امور نیاز منده یک کلید قدرت است.
که با اضافه کردن این کلید و سوییچ کردن آن در خط انتقال ،گذرای ولتاژی ایجاد می شود که میتوان آن را در شکل زیر مشاهده کرد.
در شکل موج مشاهده شده در می یابیم در طول مدت زمان کلید زنی که حدود 0.03 ثانیه می باشد یک نوسان ولتاژ ایجاد میشود که در صورت عدم استفاده از فیلتر این نوسان می تواند در سمت مصرف کننده مشکلاتی ایجاد کند و موجب بروز قطعی گردد. لذا همواره بایستی در پی یافتن روشی جهت حذف این گذراهای ولتاژ بود.
این گذرای ولتاژ در سمت تولید مشکلی ایجاد نمیکند لذا پس از کلید زنی به همان فرم ایده آل باقی سینوسی خواهد ماند.
قبل از اینکه کنتاکت های مدارشکن به علت یک پیش ضربه به هم برسند یا به هم متصل شوند، اختلاف ولتاژی در بین ترمینال های مدارشکن وجود دارد.در یک لحظه زمانی که مدارشکن عمل می کند این ولتاژ به طرف خط و طرف منبع به شکل امواج سیار تحمیل می شود.ولتاژ های اعمال شده از روابط زیر بدست می آیند:
شدت این اضافه ولتاژ به شرایط سیستم وابسته است.اگر در خط انتقال ولتاژی وجود نداشته باشد ولتاژ بین ترمینال های مدار شکن فقط در محدوده صفر تا ولتاژ نامی شبکه بالا می رود.
بدترین حالت زمانی رخ می دهد که ولتاژ سمت منبع در بیشترین مقدار خود باشد و انتهای خط مدار باز باشد - خط بی بار - در چنین شرایطی ولتاژ انتهای خط تا 2 پریونیت نیز بالا خواهد رفت.
در صورتی که خط دارای مقاومت اهمی قابل توجهی باشد اضافه ولتاژ انتهای آن به مرور زمان میرا شده و به مقدار نامی خود می رسد.
اگرقبل از وصل مدارشکن در خط بار ذخیره شده وجود داشته باشد - در خازن خط - مثل آنچه قبلا گفته شد، ولتاژ بالا می رود امادر شرایطی خاص مثل وجود ولتاژ به اندازه پیک منفی در خط و کلیدزنی در پیک مثبت ولتاژ باعث افزایش بیش از 3 پریونیت ولتاژ خواهد شد.با در نظرگرفتن اثر برگشت امواج سیار وقتی انتهای خط به صورت مدار باز است اضافه ولتاژ حتی به 4 پریونیت نیز می رسد
