مقدمه:
پیشرفتهای صنعتی سبب استفاده از انواع انرژی ها و در رأس آنها استفاده از انرژی الکتریکی شده است ؛ انرژی الکتریکی به دلیل تنوع در روشهای تولید،قابلیت انتقال وکنترل،سهولت در تبدیل به انرژی های دیگر ، عدم آلودگی محیط زیست و … بیش از انواع دیگر انرژی مورد توجه قرار گرفته است.
تأمین انرژی مورد نیاز مصرف کنندگان به طور مداوم و با کیفیت مطلوب یکی از مهمترین اهداف شبکه برق رسانی است .افزایش مصرف انرژی الکتریکی و توسعه هماهنگ شبکه انتقال و توزیع باعٍ میگردد که واحدهای تولیدی بزرگ و جدید در شبکه ایجاد شده و همزمان با پستهای انتقال و توزیع و ارتباطات الکتریکی مابین آنها در شبکه افزوده شود،به سادگی روشن است که بر اثر عوامل فوق الذکر میزان جریان اتصال کوتاه در پستها افزایش خواهد یافتو همچنین مهمترین خطری که شبکه قدرت همواره با آن مواجه می باشد وقوع پدیده اتصال کوتاه است که در ادامه به اختصار تشریح خواهد شد.
افزایش سطح اتصال کوتاه از نقطه نظر بهره برداری و حفاظت شبکه پیامد هایی نظیر تعویض و تبدیل تجهیزات پستها شامل کلید ها و فیوزها و ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ را به دنبال داشته و در شرایط بروز اتصالی مخاطرات بیشتری را برای تجهیزات موجود ایجاد میکند.کلیدهای قدرت یکی از گرانترین تجهیزات پستها میباشدند وقیمت انها تا حد زیادی بستگی به قدرت قطع انها دارد.
اما با توجه به تمامی موارد فوق اتصال کوتاه یک پدیده ذاتی در شبکه قدرت است و گسترش شبکه های انتقال و توزیع موجب بالا رفتن جریان اتصال کوتاه در شبکه می شود . افزایش جریان اتصال کوتاه باعث بالا رفتن اضافه ولتاژ های گذرا ، افزایش نیروهای دینامیکی وارد بر تجهیزات ، افزایش گرمای حاصل از عبور جریان در تجهیزات و کاهش قابلیت اطمینان شبکه می گردد . در هنگام وقوع اتصال کوتاه جریان خطا از تجهیزات شبکه که جریان نامی آنها کمتر از جریان اتصال کوتاه می باشد ، عبور می کند و چون در طراحی و ساخت
تجهیزات شبکه جریان اتصال کوتاه لحاظ می شود لذا با گسترش شبکه و بالا رفتن جریان اتصال کوتاه قیمت و ابعاد تجهیزات اضافه می شود.
از اوایل دهه هفتاد میلادی مطالعات کاهش سطح اتصال کوتاه شبکه به عنوان یکی از موضوعات مهم تحقیقاتی در جهان آغاز شده و محققین تلاش خود را متوجه ساخت تجهیزاتی کرده اند که بتواند دامنه جریان خطا را در حد قابل قبولی محدود نماید . یکی از تجهیزاتی که موجب کاهش دامنه جریان خطا در حد متعارف برای تجهیزات شبکه می گردد محدودساز جریان خطا می باشد . محدود کننده های جریان خطا عناصری سری با تجهیزات شبکه بوده و وظیفه دارند با وارد کردن یک امپدانس بزرگ جریان اتصال کوتاه مدار را قبل از رسیدن به مقدار حداکثر خود محدود نموده بطوریکه توسط کلید های قدرت موجود قابل قطع باشند .
بهینه سازی سیستمهای توزیع یکی از مباحث بنیادی و اساسی مدیران،کارشناسان و کارکنان و … شبکههای تولید است و همچنین مساله کیفیت توان با توجه به افزایش آگاهی مصرفکنندهها و رشد بارهای حساس در سیستم قدرت، یکی از موارد مورد توجه شرکتهای توزیع برق است. دلایل اصلی اهمیت موضوع کیفیت توان در سیستمهای توزیع امروزی به قرار زیر است:
1- بارهای جدید نسبت به تغییرات کمی و کیفی برق دارای حساسیت بیشتری شدهاند و این به دلیل استفاده از اجزای میکروپروسسوری و تجهیزات الکترونیک قدرت در این بارها است که نسبت به اغتشاشات توان حساسیت بالایی دارند.
2- افزایش توجه به بازده در سیستم قدرت که باعث به کار بردن تجهیزات بازده بالا درایوهای موتور با سرعت قابل تنظیم و خازنهای شنت که به منظور اصلاح ضریب توان به کار میروند که در نتیجه این امر سطح اتصال کوتاه بالا رفته و مصرفکنندهها نسبت به قابلیت سیستم حساستری میشوند.
3- افزایش بیشتر آگاهیهای مصرفکنندههای انتهایی درمورد مسائل کیفیت توان که باعث توجه بیشتر شرکتهای توزیع برق به مشکلات کیفیت توان میشود. اتصالات داخلی در سیستم قدرت بیشتر شده و مسائل کیفیت توان بالا رفته و اهمیت بالایی پیدا کرده است.
بررسیهای انجام شده نشان میدهد که در زمان وقوع یک خطای تکفاز در فازهای سالم سیستم توزیع ولتاژ بالاتر رفته و مساله افزایش دینامیکی ولتاژ رخ میدهد؛ به عنوان یک راه حل برای بهبود مسئله افزایش دینامیکی ولتاژ قراردادن یک محدودکننده جریان خطا در سیستم توزیع پیشنهاد شده. قراردادن محدودکننده جریان خطا باعث کاهش میزان جریان در فاز دچار خطا شده و به دنبال آن سبب بهبود افزایش دینامیکی ولتاژ نیز میشود.
تا کنون انواع مختلفی از محدود کنندههای خطا برای شبکههای توزیع و انتقال معرفی شدهاند که سادهترین آنها فیوزهای معمولی است که البته پس از هر بار وقوع اتصال کوتاه باید تعویض شوند. از آنجاییکه جریان اتصال کوتاه در لحظات اولیه به خصوص در پریود اول موج جریان، دارای بیشترین دامنه است و بیشترین اثرات مخرب از همین سیکلهای اولیه ناشی میشود، باید محدودسازهای جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار گیرند. محدودکنندههای جریان اتصال کوتاه طراحی شده در دهههای اخیر، به طور سری با سایر تجهیزات شبکه در مدار قرار گرفته و وظیفه محدود کردن جریان اتصال کوتاه مدار را قبل از رسیدن به مقدار حداکثر خود دارند به طوری که توسط کلیدهای قدرت موجود قابل قطع باشند. این تجهیزات، در حالت عادی مقاومت کمی در برابر عبور جریان از خود نشان میدهند ولی پس از وقوع اتصال کوتاه و در لحظات 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 ماندگار سیستم، باعث ایجاد اضافه ولتاژ و یا تزریق هارمونیک به سیستم نگردند.
محدودسازهای اولیه با استفاده از کلیدهای مکانیکی، در زمان خطا امپدانسی را در مسیر جریان قرار میدادند. با ورود ادوات الکترونیک قدرت کلیدهای تریستوری برای این موضوع مورد استفاده قرار گرفته و مدارهای متعددی از جمله مدارهای امپدانس تشدید و ابررسانا، ارائه گردید.
فهرست مطالب :
فصل اول : کلیات 1
مقدمه: 1
تعاریف و اصطلاحات: 5
اتصال کوتاه (short circuit): 5
مؤلفه متناوب جریان اتصال کوتاه: 7
گسترش شبکه ها و افزایش سطوح اتصال کوتاه در پستها: 7
مهمترین عوامل افزایش سطح اتصال کوتاه مفرط در شبکه : 10
1- بالا رفتن قدرت تولیدی نیروگاههای جدید: 10
2- افزایش مدارهای ارتباطی: 10
3- کلاس ولتاژ بالا: 10
4- پستهای تبدیل ولتاژ: 11
5-افزایش ظرفیت پستها: 11
اثرات سطح جریان اتصال کوتاه مفرط در امنیت شبکه: 12
روشهای کاهش سطح اتصال کوتاه: 14
جریان خطا: 17
فصل دوم: 18
محدود کننده های جریان خطا: 18
1- محدود کننده امپدانسی با کلید مکانیکی: 20
1-1- محدود کننده جریان خطا با متوقف کننده های موازی و سوئیچ مقاومتی: 20
1-2- محدود کننده جریان خطا مبتنی بر رانده شدن قوس 22
1-2-1- محدود کننده جریان خطا با ریل مقاومتی (چند تیر- multi shop): 22
1-2-2- محدود کننده جریان خطا با عنصر منحرف کننده قوس چند بخشی (of commutating elements multi-divided type): 24
2- محدود کننده فیوز با قدرت قطع بالا: 26
3- محدود کننده ابر رسانا: 29
3-1- محدود کننده ابر رسانا بدون هسته آهن : 30
3-2- محدود کننده ابررسانا با هسته آهن: 32
3-3- محدود کننده ابر رسانای هیبرید: 32
3-4- معادلات و شرح عملکرد 34
4- محدود کننده امپدانسی و مدار تشدید با سوئیچ تریستوری 37
4-1- محدود کننده امپدانسی با کنترل سوئیچ تریستوری 38
4-2- محدود کننده مدار تشدید LC موازی 42
4-3- محدود کننده مدار تشدید LC سری 45
5 – محدود کننده جریان با کلید تریستوری با مقاومت غیر خطی 47
5-1- تجهیز محدود کننده جریان (CLD) 47
5-2- تجهیز کننده و قطع جریان(CLID) 49
فصل سوم: 50
نتیجه گیری 50
منابع و مؤاخذ 54