تحقیق در مورد نوسانات ولتاژ

تحقیق در مورد نوسانات ولتاژ

فصل اول
فهرست
مقدمه
نوسانات ولتاژ ناشي از بارهاي مختلف
بررسي اثرات tov بر يك شبكه نمونه
اضافه ولتاژهاي ناشي از كليد زني
اضافه ولتاژ هاي موجي
بررسي قرار دادن برقگير در سمت فشار ضعيف
مقدمه
بحث نوسانات ولتاژو تاثييرات موقتي آن روي سيستم برق شايد در ابتدا به علت موقتي بودن اين اثرات از اهميت زيادي برخوردار نباشد ولي با دقت در اين موضوع كه اين نوسانات با عبور از روي شبكه برق و گذر كردن از روي تجهيزات و وسايل حساس برقي و با توجه به دامنه بالاي اين اثر مي تواند صدمات جبران ناپذيري به تجهيزات وارد كرده و باعث مي گردد اهميت اين موضوع دو صد چندان گردد و حتي مي تواند باعث ناپايداري خط عبوري انرژي گشته و صدمات جبران ناپذيري ايجاد كند .
بنابراين بحث در مورد عوامل ايجاد كننده و تاثير گذار بر اين موضوع ايجاد راهكاري مناسب براي كم كردن اثرات نامطلوب اين موضوع و حدالامكان حذف كردن آن مي تواند كمك قابل توجهي به صنعت انتقال و توزيع برق داشته باشد و كمك شاياني به پايداري هر چه بيشتر سيستم انتقال نمايد. اما اكنون بايد ببينيم چه عواملي ايجاد كننده ي اين اثر نامطلوب مي تواند باشد اگر از خود بارهاي الكتريكي بحث را شروع كنيم مي بينيم كه بارها نيز مي تواند به عنوان يك عامل تاثير گذار در اين موضوع باشند بارهايي نظير كوره هاي الكتريكي موتورهاي الكتريكي و دستگاههاي جوش سهم به سزاييدر اين مطلب دارند و پديده هايي نظير flicker ولتاژ نيز مسئله با اهميتي است كه در جاي خود به بررسي آنها مي پردازيم .

تحقیق در مورد نوسانات ولتاژ
در ابتداي تبديل شدن اختراع برق بعنوان يك صنعت همه گير از آن بيشتر براي مصارف خانگي استفاده مي گردد كه اين مسائل از اهميت چندان زيادي برخوردار نبود ليكن با استفاده روز از فزون اين پديده جديد انرژي در صنعت اين مسائل اهميت خود را بخوبي نشان داد .
البته بايد توجه داشت اين موضوع با افت ولتاژ دائمي در طول يك خط انتقال برق كاملا متفاوت مي باشد .
1- نوسانات ناشي از راه اندازي تجهيزات خاص در كارخانجات كه در هنگام شروع كار احتياج به مصرف بالايي دارند .
2- يكي ديگر از مسائل با اهميت كه باعث بوجود آمدن بحث پيچيده و با اهميت حفاظت در شبك هاي مختلف مي گردد بحث تغييرات ولتاژ ناشي از خطاهاي گذرا در شبكه .
1-1 نوسانات ولتاژ ناشي از بارهاي مختلف :
مي توان علت ايجاد اين نوسانات را اينگونه بررسي نمود كه با وارد شدن انواع بارهاي الكتريكي به شبكه با كشيدن جريان به سمت خويش باعث تغيير يكباره ميزان انرژي داخل شبكه برق مي گردد كه با افت ولتاژ ناگهاني در شبكه روبرو خواهيم بود كه البته در مورد بارهاي كوچك مي توان با استفاده از رگولاتورها اين مسئله را حل نمود ليكن در مورد بارهاي بزرگتر مانند كوره هاي القايي و موتورهاي جوش بزرگ اين راه نمي تواند براي نوسانات ناگهاني در ولتاژ خط كار موثري انجام دهد و باعث نوسانات ناگهاني در ولتاژ خط گردد .
اما محدوده مجاز اين نوسانات براي بارهاي مختلف ؟
براي بررسي آن ابتدا مفهمومي تحت عنوان flicker ولتاژ را بررسي مي نماييم .
هر عاملي كه باعث تغيير دامنه ولتاژ حتي در زمان خيلي كم گردد مي توند عاملي براي ايجاد flicker ولتاژ باشد مانند سوييچ كردن بارهاي مختلف چون جريان هجومي در لحظه راه اندازي از جريان حالت دايمي بيشتر مي باشد بعنوان مثال راه اندازي موتورها يكي از منابع اصلي و معمولي ايجاد فليكر مي باشد هم چنين بارهايي كه بصورت متناوب كار مي كنند و مانند دستگاههاي جوش قوسي يا نقطه اي و همچنين سوييچ كردن ادوات تصحيح ضريب قدرت مانند انواع بانك هاي خازني.

تحقیق در مورد نوسانات ولتاژ
روشهاي جبران و تصحيح فليكر :
در اين مورد بايد به چند نكته توجه داشت كه بارهاي متصل به شبكه هاي ضعيف در مقابل بارهاي متصل به شبكه هاي بهم پيوسته (stiff net work) داراي نوسانات بيشتري خواهد بود .
در مورد راه اندازي موتوري مي توان با استفاده از راه اندازها اين مسئله را كاهش داد .
در مورد بانك هاي خازني اگر همراه با بار سوييچ گردند هم مي توانند اثر نامطلوب وارد شدن خود آنها را كاهش داد بلكه مي توان اثرات مخرب بارها را نيز كاهش داد .
بررسي اثرات TOV بر يك شبكه نمونه :
هنگام بي بار بودن شبكه قدرت براي يك مدت طولاني اضافه ولتاژ خطوط متصل به ژنراتور ها مي تواند به يك TOV خطرناك منجر گردد و حتي مي توند باعث ناپايداري آن قسمت از شبكه گردد و به تجهيزات آن قسمت صدمه وارد مي كند بعنوان يك راه مقابله با آن اين است كه مطمئن باشيم در هنگام ولتاژ فرمان trip توسط دستگاههاي حفاظتي داده مي گردد و خط جدا مي گردد و هنگامي recloser بسته مي گردند كه اضافه ولتاژ از بين رفته باشد و نوسانات ولتاژ از بين رفته است .
براي تعيين مدت زمان قابل تحمل براي تجهيزات كه منجر به از بين نرفتن عايق آنها مي باشد به 3 دسته تقسيم مي گردد :
1- ولتاژ بيش از pu 1/6 ms125
2- ولتاژ بيش از pu 1/4 ms 250
3- ولتاژ بيش از pu 1/25 sec1
بر اساس اين آزمايش ها نتايج تاثير اضافه ولتاژ در 2 پست بدست آمده است :

اين اضافه ولتاژ ها ناشي از وصل كردن بانك خازني يا خطا (بعد از رفع كردن ان ) يعني براي خطا بعد از 6 سيكل و براي بانك خازني بعد از 4 سيكل از بين ميرود و احتياج به هيچ وسيله ي حفاظتي نمي باشد .
اضافه ولتاژهاي ناشي از كليد زني :
اضافه ولتاژهاي ناشي از كليد زني اكثر در خطوط uhv , EHV مطرح مي گردد تا در طراحي سطح عايقي خطوط هوايي و كابل هاي زميني مورد توجه قرار گيرد اضافه ولتاژ ناشي از كليد زني در كابل هاي KV63 , KV 20 قابل توجه مي باشد و علت آن هم عدم خود ترميمي كابل هاي زميني مي باشد اما اين خود ترميمي چه مي باشد .
اگر به يك خط هوايي دقت گردد ديده مي شود با آمده اضافه ولتاژ بر روي خط هواي اطراف خط يونيزه شده و برقگير ها عمل كرده و اين اضافه ولتاژ را DAMP مي كنند و تا آمدن اضافه ولتاژ بعدي اين هواي يونيزه شده جابجا مي گردد و ديگر نمي تواند مشكل ساز گردد اما اين موضوع در مورد كابل هاي زميني متفاوت مي باشد چون در آنها اين اضافه ولتاژ ها نمي توانند damp گرداند و اگر كابل مورد اصابت نتواند اين اضافه ولتاژ لحظه اي را تحمل نمايد آن كابل را از دست خواهيم داد .
اين موضوع در مورد كابل هاي زميني كه مابين دو قسمت خط هوايي قرار مي گردد به شدت تاثير گذار مي باشد و اين موضوع با توجه به تعداد خاموشي هايي كه بعضي مواقع مواجه هستيم داراي اهميت فوق العاده بالايي مي باشد

تحقیق در مورد نوسانات ولتاژ
اگر سيستم مورد تغذيه مانند شكل زير باشد با اطلاعات موجود :

و كابل تغذيه زميني بصورت 3 كابل تك فاز زميني شبيه سازي شده باشد و كابل ها در عمق 50 سانتيمتري از زمين قرار گرفته باشد و فاصله فازها 10 سانتيمتر باشد و جنس عايق اصلي از نوع PVC بوده و عايق بيروني از نوع XPELE مي باشد و داراي SHEA از نوع مس باشد .
به منظور بررسي اضافه ولتاژ ناشي از برقدار كردن اين خط 10 عمل كليد زني انجام گرفته است در زمانهاي مختلف و با توجه به يك برقگير از نوع zno با مشخصه اسمي kv 21 و نتايج بررسي ناشي از اين شبيه سازي در جدول زير آمده است :

D C B A
03/2 95/1 3/1 135/1 فاز a
28/2 15/2 43/1 12/1 فاز b
32/2 12/2 42/1 13/1 فاز c

و مشاهده مي گردد اضافه ولتاژ در انتهاي مسير يعني نقطه D از همه بيشتر مي باشد زيرا با افزايش طول مسير اين اضافه ولتاژ نيز بيشتر مي گردد پس باز هم اهميت اين موضوع بيش از پيش تاييد مي گردد چون در انتها اين اضافه ولتاژ به بار مي رسد .
در حالت دوم فرض شده است كه SHEATH مسي كابل در ابتدا و انتهاي مسير زمين گذشته است و نتايج به صورت زير بوده است :

D C B A
22/3 21/2 79/1 09/1 فاز a
17/3 15/2 84/1 09/1 فاز b
32/2 3/2 82/1 12/1 فاز c

پس مشاهده مي گردد با زمين كردن SHEATH كابل به شدت اثر قابل ملاحظه اي بر كاهش اضافه ولتاژ در انتهاي مسير دارد و علت آن هم بوجود آمدن مسيري براي عبور جريان سوييچينگ مي باشد .

تحقیق در مورد نوسانات ولتاژ
اضافه ولتاژهاي موجي در شبكه فشار ضعيف و حفاظت مصرف كنندگان در برابر آن :
در بسياري از موارد شاهد آسيب ديدن تجهيزات و دستگاههاي حساس ناشي از اضافه ولتاژهاي شبكه در هنگام رعد و برق مي باشيم اين امر نشان دهنده ي بوجود آمدن دامنه ولتاژ هايي فراتر از حد تحمل عايق دستگاه مي باشيم .
الف ) اضافه ولتاژهاي موقت با فركانس اين اضافه ولتاژها كه مي توانند از كسري از ثانيه تا مدت هاي طولاني را دارا باشند عللي از اين قبيل دارند :
الف 1- خرابي عايق بين سيم پيچ هاي فشار ضعيف و قوي در اثر ايجاد يك خطا درون ترانس .
الف – 2 : پاره شدن هادي فشار متوسط و افتادن آن روي فشار ضعيف
الف – 3 : انتقال اضافه ولتاژ از طريق تزويج و القا بين اتصالات زمين ترانس و شبكه در موارد طراحي و اجراي ناصحيح يا خطاي متقارن
الف – 4 : وصل فيوزهاي كات اوت سمت فشار متوسط با فواصل زماني طولاني در نتيجه يك يا دو فاز باقي ماندن شبكه .
الف – 5: اتصالي هاي نامتقارن
الف- 6 : بارهاي شديدا نامتقارن
الف – 7 : وقوع رزوناس و فرو رزونانس
الف – 8 : قطع ناگهاني بار
ب) اضافه ولتاژ هاي گذرا يا فركانس هاي كيلو يا مگاهرتز : اين اضافه ولتاژ ها كه مي توانند از كسري از ثانيه تا مدت هاي طولاني را دارا باشند عللي از اين قبيل دارند :
ب- 1 : اصابت مستقيم صاعقه به خط كه البته احتمال آن كم است .
ب- 2 : تخليه جريان صاعقه به زمين در نزديكي خط توزيع مي تواند اضافه ولتاژهاي بالايي را القا كند :

ب- 3 : انتقال اضافه ولتاژ از طرف فشار قوي به فشار ضعيف ترانس بصورت الكتروستاتيكي يا الكترو مغناطيسي
ب- 4 : كليد زني نامناسب
راه افتادن اين اضافه ولتاژ ها مي تواند صدماتي را به تجهيزات وارد كند و براي جلوگيري از اين صدمات عايق ها بايد بتواند اضافه ولتاژي به اندازه ي (+100 2 را تحمل كنند پس بهتر است راهي براي حفاظت آن انجام دهيم .
يكي از مهمترين راههاي انتقال اضافه ولتاژ از طريق ترانس ها مي باشد كه اضافه ولتاژ را از فشار قوي به فشار ضعيف انتقال مي دهند .
اين اضافه ولتاژ به دو صورت الكترواستاتيكي و الكترومغناطيسي مي باشد :
مكانيزم انتقال الكترواستاتيكي موج ضربه :
هنگامي كه يك موج ولتاژ ضربه مانند صاعقه اي كه به خط مي خورد به ترانس مي رسد در اولين لحظه فقط خازنهاي ذاتي سيم پيچ دخالت دارند و نقش توزيع و تقسيم ولتاژ را بر روي سيم پيچ فشار قوي باز مي كنند .

تحقیق در مورد نوسانات ولتاژ
سيم پيچ فشار ضعيف كه به هسته زمين شده ي ترانس نزديكتر است يك خازن كلي زمين شده ي c1 را تشكيل ميدهد:

با توجه به مدار معادل شکل 1 مدار بصورت مقسم خازنی عمل کرده و

در این حالت دامنه اضافه ولتاژ منتقل شده به طرف ثانویه ربطی به نسبت تبدیل سیم پیچ های ترانس ندارد و تابع شکل ساختمانی سیم پیچ، جنس عایقی سیم پیچ و فواصل عایقی ترانس خواهد بود .
القا الکترو استاتیکی از سمت فشار قوی به فشار ضعیف دارای مدت زمان بسیار کوتاهی است زیرا بعد از مدت زمانی اجزای سیم پیچ یعنی سلف و مقاومت آن وارد کار شده و موج ولتاژ را damp می کنند اما به علت بزرگی دامنه آن می تواند تاثیر خود را داشته باشد . برای کاهش این القا می توان 2 کار انجام داد طریق اول آن است که c2 را بزرگتر انتخاب نماییم و روش دوم آنست که حفاظ زمین شده یعنی از earthed shield استفاده نماییم که هر دو روش کاربرد عملی دارد .
ب- مکانیزم الکترو مغناطیسی انتقال منبع ولتاژ ضربه به ثانویه :
مدار معمولی ترانس دارای 2 سلف سری و یک سلف موازی می باشد . سلف های سری بیانگر فوران مغناطیسی ناشی از فضای سیم پیچ ها را کانال عایقی ما بین آنها می باشد سلف موازی نشان دهنده ی فوران اصلی عبوری از هسته ترانس می باشد .

در اولین لحظه ی برخورد موج ضربه به ترانس توزیع ولتاژ تابع ظرفیت خازنی ترانس می باشد و موج ضربه به طور الکترومغناطیسی به ثانویه منتقل می گردد در این حالت فرکانس غالب حدود کیلو هرتز می باشد امپدانس موجی خط که C , L آن به ترتیب نشانگر اندوکتانس سری و خازن موازی خط می باشد طبق رابطه زیر تعریف می گردد :

با استفاده از مدار معادل ترانس دامنه ولتاژ ضربه منتقل شده به سمت فشار ضعیف به طریقه الکترو مغناطیسی پس از برخورد یک اضافه ولتاژ پله ای با دامنه V به سمت فشار قوی ترانس برابر خواهد بود با :

تحقیق در مورد نوسانات ولتاژ

در تشریح این پدیده باید گفت بعد از مرحله اول که القا فقط بصورت خازنی فقط می باشد ایجاد جریان ر اثر موج صاعقه در سیم پیچ اولیه القا ولتاژ به ثانویه از طریق میدان مغناطیسی بیرون هسته آغاز و پیشانی موج ولتاژ ضربه ساخته می گردد پس از لحظاتی کوتاه میدان مغناطیسی در هسته نیز آغاز می گردد و با فعال شدن شاخه موازی مدار معادل پشت موج ولتاژ القا شده به ثانویه نیز ساخته می گردد و انتقال موج ضربه نیز به سرعت انجام می گردد و می تواند برای عایق های طرف ثانویه و تجهیزات طرف ثانویه خطر آفرین باشد دامنه ولتاژ القا شده به ثانویه تا 15 درصد دامنه اولیه نیز گزارش شده است تحمل عایقی سمت فشا قوی ترانس بسته به کلاس عایقی مربوطه در برابر ولتاژ های ضربه ای برابر با 95 یا 125 کیلو وات است .
در عمل به وجود آمدن اضافه ولتاژ هایی با دامنه حداکثر 90 کیلو ولت متحمل می باشد به همین علت نصب و راه اندازی برقگیرهای ZNO در طرف فشار ضعیف و برای مصرف کنندگان مورد بررسی گردیده است .
بررسی قرار دادن برقگیر در سمت فشار ضعیف :
در اینجا با بررسی یک موضوع عملی تاثیر قرار دادن برقگیر را در سمت ثانویه یک ترانس توزیع را مورد بررسی قرار می دهیم .
یک ولتاژ ضربه ای ناشی از صاعقه دامنه ولتاژی به اندازه 80 کیلو ولت به ترانس رسانیده است ترانس مزبور در سمت فشار ضعیف دارای برقگیر بوده است در سکل 5 موج ضربه ولتاژ القا شده به سمت ثانویه این ترانس در حالیکه دارای برقگیر می باشد را می توان مشاهده نمو همانگونه که در شکل ملاحظه می گردد دامنه این اضافه ولتاژ با توجه به نوع برقگیر انتخاب شده به کمتر از 300 ولت رسیده است که بهیچوجه برای ثانویه ترانی مضر نمی باشد.
لازم به ذکر است طراحی و انتخاب برقگیرهای فشار ضعیف باید به طور خاص انجام گیرد برقگیرهای فشار ضعیف برخلاف فشار متوسط می بایستی TOV برای مدت طولانی و بدون ناپایداری حرارتی تحمل نماید .

تحقیق در مورد نوسانات ولتاژ

سئوالی که در اینجا مطرح است آن است که برقگیر فشار ضعیف را کجا باید قرار داد .
گزینه های مختلفی در این مورد می تواند مطرح گردد گزینه اول آن است که برقگیر در سمت تروینال های فشار ضعیف ترانس می بایستی قرار گیرد گزینه دوم این است که در محل انشعابات ترانس دز سمت فشار ضعیف قرار دهیم و گزینه سوم آن است که در محل قرا رگیری مصرف کنندگان قرار دهیم .
در مورد گزینه اول این نکته مطرح است قرار دادن برقگیر در محل ترمینال های ترانس در سمت فشار ضعیف دارای این حسن است که کل ترانی و خط حاصله از آن را می توان محافظت نمود لیکن قدرت برقگیر حاصله می بایستی به شدت بالا بوده که این موضوع برای شرکت و تزیع زیاد مقرون به صرفه نیست علاوه بر آن نمی تواند جلوی دامنه ولتاژ ضربه ای را نیز به خوبی گرفته و آن را damp کند .
در مورد گزینه دوم استفاده از برقگیر در سر انشعابات به نفع بوده چون جریان کمتری می بایستی تحمل نموده و انشعابات کمتری را نیز support می کند ولی بهترین گزینه برای هر مصرف کننده می باشد ولی از لحاظ صرفع اقتصادی نمی توان به خوبی آنرا توجیه نمود .
فصل دوم

چکیده فصل :
با پیشرفت روزافزون صنعت برق و استفاده های وسایل برقی باعث شد که احتیاج به کنترل کننده ها وسایل حفاظتی برای انواع سیستم های برق یکی از ضروری ترین اجزاء آن باشد تا بتواند در مواقعی که یک خطا یا اتفاق تا خوشایند برای آن سیستم به وجود آید در کمترین زمان ممکن آن سیستم یا آن وسیله برقی را از شبکه برق جدا نماید و از خرابی آن دستگاه جلوگیری کند با استفاده از این فیوزها و کلیدهای برقی می توان با کمترین خسارت ممکن سیستم اصلی برق را نجات داد که همین موضوع محققان را بر آن داشت که روی این موضوع تحقیق نمایند که نتایج آن را می توان در زندگی امروزه از یک فیوزه ساده با تحمل چندین آمپر تا یک فیوز بزرگ با

تحقیق در مورد نوسانات ولتاژ

پسورد فایل: www.bazaarfile.ir

مطالعه بیشتر