نظر به اهمیت ویژه ترانسهای شبکه، همواره مواظبت و نگهداری آنها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و همچنین در صورت صدمه دیدن ترانس، هزینه مربوطه بالا و خاموشی تحمیـل شده طولانی مدت خواهد بود. در این گزارش ابتدا علل آسیب‌دیدگی ترانسها بحث گردیده و سپس راههای پیشگیری آن بیان میگردد.
بررسی علل آسیب دیدن ترانسهای توزیع و روشهای پیشگیری آن 1- مقدمه: نظر به اهمیت ویژه ترانسهای شبکه، همواره مواظبت و نگهداری آنها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و همچنین در صورت صدمه دیدن ترانس، هزینه مربوطه بالا و خاموشی تحمیـل شده طولانی مدت خواهد بود. در این گزارش ابتدا علل آسیب‌دیدگی ترانسها بحث گردیده و سپس راههای پیشگیری آن بیان میگردد.
بررسی علل آسیب دیدن ترانسهای توزیع و روشهای پیشگیری آن 1- مقدمه: نظر به اهمیت ویژه ترانسهای شبکه، همواره مواظبت و نگهداری آنها از مسائل مهم در صنعت برق بوده و همچنین در صورت صدمه دیدن ترانس، هزینه مربوطه بالا و خاموشی تحمیـل شده طولانی مدت خواهد بود. در این گزارش ابتدا علل آسیب‌دیدگی ترانسها بحث گردیده و سپس راههای پیشگیری آن بیان میگردد.
اصولاً آسیب‌دیدگی ترانس به دو صورت اتفاق می افتد .
1- هادی شدن عایق ترانس 2- پاره شدن یا قطع شدن هادیهای ترانس. هر دو مورد ذکر شده پیامد سه عامل افزایش دمای داخل ترانس ، اضافه ولتاژ و ضربات مکانیکی است که ذیلاً به توضیح آنها می پردازیم :
الف ) افزایش حرارت داخل ترانس بیشتر از حد تحمل ترانس (یعنی بیشتر از حد تحمل عایق ترانس) موجب آسیب‌دیدگی عایق ترانس میگردد. عایقها بر خلاف هادیها در صورت بالا رفتن حرارت، هدایتشان بیشتر شده و جریان نشتی بیش از حد در عایق باعث سوختن ترانس میگردد.
ب ) اگر اضافه ولتاژ حادث شده در شبکه باعث بالا رفتن ولتاژ هادیها?نسبت به بدنه و یا نسبت به فاز دیگر) بیشتر از حد استقامت حرارتی عایق گردد موجببروز قوس در عایق شده و عایق خاصیت خود را از دست می دهد و یا اگر ولتاژ بالا بافرکانس نامی بصورت مداوم برقرار گردد جریان نشتی عایق تدریجاً بیشتر شده و دمایعایق بالا می‌رود که نهایتاً حرارت بالا باعث آسیب دیدن عایق میگردد
ج ) در صورت حمل نادرست ترانس چه با جرثقیل و یا هر وسیله دیگر بهعلت تکانهای شدید، هسته ترانس که بر روی بدنه ثابت شده جابجا گشته و منجر به پارهگی نقاط اتصال هادیها میگردد و همچنین اگر اتصال کوتاهی در ورودی یا خروجی ترانساتفاق افتد هادیهای ترانس بر اثر اتصالی، نیروهای زیادی به یکدیگر واردمی‌نمایند(هادیهای حامل جریان به یکدیگر نیرو وارد میکنند که به جریان عبوری وفاصله هادیها از یکدیگر وابسته است) این نیروها اغلب باعث پاره گی هادیها و یاخرابی عایق خشک ترانس میگردد. اگر بار ترانس نیز بالا رود به علت تولید حرارت درترانس باعث پاره گی هادیها در نقاط ضعیف ترانس میشود که این مورد بیشتر درترانسهایی باسیم‌پیچی زیگزاگ در نقطه اتصال اتفاق می‌افتد?
عواملی که باعث صدمه دیدن ترانس میگردند
اضافه بار: اگر بنا به هر علتی از جمله زیاد شدن بار شبکه، نشتروی مقره‌ها و هادیها، بار ترانس زیاد گردد و کلید کل تابلوی ترانس عمل ننماید باازدیاد جریان هادیهای ترانس تلفات اهمی ترانس بالا رفته و حرارت تولیدی ، بیشتر ازحرارت تبادلی بوده و براحتی دفع نمی‌گردد که باعث صدمه دیدن عایق ترانس می گردد
نشت روغن: اگر سطح روغن در داخل ترانس کاهش یابد و به جای روغنهوا در داخل تانک ترانس نفوذ کند ، با توجه به پایین بودن استقامت الکتریکی هوانسبت به روغن باعث بروز قوس در ترانس شده و آسیب می‌بیند
نفوذ رطوبت: وجود ذرات آب در روغن بشدت استقامت الکتریکی روغنترانس را کاهش میدهد که باعث بروز قوس در روغن ترانس میشود
اضافه ولتاژهای موقت: هر چند طبق استاندارد هر ترانسی می‌تواندولتاژی بیشتر از حد نامی را طی مدت زمان کوتاهی تحمل کند (حتی مورد تست قرارمی‌گیرد) اما این اضافه ولتاژها باعث به اشباع رفتن هسته و ایجاد هارمونیک می‌گرددکه هارمونیکهای بالای فرکانس نامی ، تلفات هسته را بالا برده و نهایتاً حرارت ایجادشده در هسته و عدم تبادل حرارتی لازم موجب آسیب دیدن عایق میشود (این حرارت درمحاسبات طراحی وارد نمی‌گردد?
آلودگی روغن ترانس: طی دوره کاری ترانس با توجه به گردش روغندر بین هادیها و هسته، روغن کهنه شده و همچنین سطح آنها را می‌شوید و ذرات کندهشده از دیواره‌ها معمولاً بصورت لجن در ته تانک ترانس انباشته میگردد. وجود ذراتفوق در روغن موجب کاهش استقامت الکتریکی روغن میگردد
اضافه ولتاژهای گذرا: اضافه ولتاژهای گذرا در شبکه معمولاً بهدو صورت نمایان میگردند ا
لف ) صاعقه که اضافه ولتاژ خارجی است. ب ) کلیدزنی که اضافه ولتاژداخلی است اگر تعداد اضافه ولتاژهایی که به ترانس میرسند زیاد باشند یا حدولتاژهای آنها بالا باشد باعث تخریب عایق میگردند. گاهاً اضافه ولتاژها در حدینیستند که ابتدائاً عایق را خراب نمایند بلکه به علت رزونانس یا فرورزونانس رفتنترانس و خواص سلفی و خازنی باعث بروز قوس از سر ترانس ، یا بالا رفتن دمای ترانسمیگردد
عمر بالای ترانس: وقتی ترانس به مدت طولانی در شبکه مورداستفاده قرار گیرد، عایق خشک ترانس کم‌کم خاصیت اولیه خود را از دست میدهد که حتیبا تعویض روغن هم‌دیگر به حالت اولیه برنمی‌گردد. (عمر مفید ترانس معمولاً از طرفشرکت سازنده داده میشود.)
بالا رفتن دمای محیط: افزایش دمای محیط موجب آسیب‌دیدگی ترانسمیگردد. بدین صورت که وقتی تفاوت دمای داخل ترانس و محیط پست در اثر افزایش حرارتمحیط کم گردد تبادل حرارتی بین ترانس و هوای پست کم شده و حرارت تولید شده در ترانسحبس گردیده و عایق ترانس صدمه می‌بیند. دمای شرایط کاری جهت اخذ قدرت نامی توسطسازنده تعیین میگردد که می‌بایست میزان کاهش قدرت به ازای افزایش درجه حرارت نیزقید شود
بروز جرقه یا هارمونیک در ولتاژ اولیه: بنا به هر علتی اگر دراولیه ترانس، ولتاژ همراه هارمونیک باشد باعث بوجود آمدن فلوهای متناظر با همانهارمونیک‌ها در هسته ترانس میگردد، که این هارمونیکهای فرکانس بالا موجب بالا رفتنتلفات فوکو و هیسترزیس در هسته میشود و ترانس از بالا رفتن حرارت ناشی از آن صدمهمی‌بیند. گاهاً به علت رطوبت محیط یا وجود آلودگی بر روی مقره‌ها و یا نزدیک شدنشاخه درختان به خط تحت ولتاژ و… قوس بوجود می‌آید و به علت بالا بودن مقاومت دربرخی از این اتصالات و دور بودن از ابتدای فیدر، این قوسها باعث عملکرد رله پستمادر نمی‌گردند. وجود قوس و قابل ملاحظه بودن امپدانس قبل از محل عیب موجب ریپل‌هایولتاژ روی موج ولتاژ میشوند. ریپل‌های ولتاژ دارای هارمونیکهای بالا بوده واشکالاتی را برای دستگاههای الکتریکی مورد تغذیه روی آن فیدر پیش می‌آورد
راههای پیشگیری ابتدا باید خاطرنشان ساخت که ترانسها برای تلفات استاندارد و قابلمحاسبه فرکانس اصلی طراحی میگردند و هر گونه تلفات اجباری خارج از مقدار محاسبهشده در برآوردها نادیده گرفته می شود. لذا تلفات ناشی از هارمونیک‌ها و افزایشولتاژ شبکه برای ترانس مضر میباشد. مگر اینکه در شرایط جدید تقاضای دیگری برایساخت ترانسها با قدرت تحمل بیشتر مدنظر باشد. برای مثال می توان هسته ترانسها را بهعلت وجود هارمونیک ، بزرگتر از حد فعلی در نظر گرفت. (در حال حاضر ترانسهایی برایتلفات بیشتر طراحی میگردند?
پیشگیری از بروز اضافه بار برای ترانسها: انتخاب بهینه قدرتترانس جهت تغذیه در شبکه بسیار مهم میباشد. در این راستا آگاهی از رفتار بار وبارگیریهای مداوم ترانس در نحوه تصمیم‌گیری حائز اهمیت است. معمولاً ترانسهایی کهبارشان کمتر از %30 تا %40 بار نامیشان باشند کم بار و اگر بیشتر از %70 بار نامی‌باشند پر بار تلقی میگردند. استفاده از ثبات جهت مطالعه و بررسی رفتار بار درمناطق مختلف ، الگوی مناسب از رفتار بار را برای ترانسهای شبکه بدست میدهد ومی‌توان با استفاده از آنها به مطالعه شبکه پرداخت. در حالحاضر به علت کمبود نیرویانسانی و وسایل از ترانسهای خاص، آمپراژگیری میگردد. بدین صورت که با توجه به آمارفیوزسوزی و افتادن کلیدکل ها در روز قبل ، از آن ترانسها بارگیری به عمل می‌آید ودر صورت اضافه بار بودن ترانس نسبت به تعویض آن اقدام میشود و ترانس با قدرت بیشترجایگزین میگردد استاندارد بودن اتصالات در تابلوها و رئوس تیرها و جعبه فیوزها ازاتلاف انرژی جلوگیری کرده و از اضافه بار شدن بی‌مورد ترانسها جلوگیری میکند
نشت روغن ترانس: بازدیدهای دوره‌ای و مداوم پستهای توزیعمیتواند در این خصوص راهگشا باشد. در بازدیدها ارتفاع روغن در شیشه روغن‌نما، خیسیروی درپوش، رادیاتورها و زیر ترانس ملاک مناسبی از آگاهی نشت روغن میباشد که درحال حاضر این عمل انجام میگیرد
نفوذ رطوبت: نمونه‌برداری و تست روغن ترانسها طی برنامه‌های ازپیش تعیین شده اطلاع دقیقی از نفوذ رطوبت به داخل تانک ترانس بدست میدهد. در حالحاضر همراه با تعمیرات خط، ترانسهای هوائی و سرویس پستهای زمینی ، نمونه‌گیری وتست روغن انجام میگیرد که طول دوره‌های بازدید و سرویس حدود یک بار در هر سالمیباشد ولی با توجه به شرایط جوی برخی مناطق ، طول دوره بازدید باید کاهش یابد
اضافه ولتاژهای موقت: در شبکه‌های توزیعی که طول فیدرهایکوتاه باشد، احتمال بروز اضافه ولتاژهای موقت در این شبکه‌ها وجود ندارد مگر اینکهاضافه ولتاژ از شبکه فوق توزیع سرایت نماید
آلودگی روغن ترانس: تست روغن بصورت برنامه‌ریزی شده روش مناسبیبرای آگاهی یافتن از آلودگی روغن ترانس است
اضافه ولتاژهای گذرا: برای جلوگیری از خسارت ناشی از اضافهولتاژهای گذرای خارجی (صاعقه) مناسبترین راه، نصب برقگیر در پستهای هوائی و نقاطارتباطی سرکابلها و خطوط هوائی میباشد. عملکرد صحیح برقگیرها ترانسها را در مقابلصاعقه حفاظت می‌نماید کلیدزنی در شبکه‌های توزیع میتواند ولتاژهای گذرایی حدود 5/1 تا?برابر ولتاژ نامی را در شبکه بوجود آورد. چنین اضافه ولتاژهایی وقتی به ترانس کهدارای اندوکتانس بالایی در برابر اضافه ولتاژها میباشد ، میرسند تقویت میگردند، کهاین موضوع اثر سوء برای ترانسها دارد. علاوه بر دامنه اضافه ولتاژ، پله‌ای بودن آننیز مضر میباشد ، زیرا دارای هارمونیکهای زیادی بوده و برای ترانسها مضر است آمار کلیدزنی و مانور در شبکه فشار متوسط کم نبوده و این مانورهاترانسها را از لحاظ عایقی ضعیف می‌نماید و اگر فواصل کلیدزنی کم باشد احتمالآسیب‌دیدگی ترانسها بیشتر میشود. از آنجایی که تعداد فیدرهای پربار(بالای???درشبکه???زیاد است و همچنین تجهیزات جداکننده در شبکه کم میباشد، یافتن محل عیبو جابجایی بار آن مشکل‌ساز بوده و تعداد کلیدزنی را افزایش میدهد برای کاهش تعداد کلیدزنی راه‌حل پیشنهادی ، کاهش بار فیدرها باایجاد فیدرهای جدید، کوتاه کردن طول فیدرها با ایجاد پستهای فوق توزیع و ایجادنقاطی مجهز به دستگاههای جداکننده مناسب نظیر سکشنالایرز و استفاده از کلید در مسیرفیدرها میباشد. همچنین تنظیم رله‌ها با استفاده از محاسبات اتصال کوتاه شبکه لازماست
عمر بالای ترانس: در حال حاضر با تعویض ترانسهای با عمر بالا ،ترانسهای قدیمی از شبکه جدا شده و بعد از بازیابی به شبکه برمی‌گردند. ولی در عململاحظه میشود تعدادی از ترانسهای سرویس شده ، پس از بهره برداری مجدداً معیوبمیگردند. لذا ضروریست نظارت بر کیفیت تعمیرات و تستهای لازم، دقیقتر صورت گیرد. اگرروند بازیابی و سرویس ترانس مناسب و دقیق باشد و همچنین با استفاده از تست‌هاییدقیق در اندازه گیری تلفات بی‌باری ترانس می توان از پایداری و سلامت عایق خشکترانس مطمئن شد. البته لازم به ذکر است، استفاده از لوازمی مثل روغن ترانس مرغوب وواشرهای مناسب جهت آب بندی در بالا بردن عمر ترانس بعد از بازیابی بسیار مؤثر است
الا رفتن دمای محیط: برای تبادل حرارتی بیشتر در فصول گرم دراغلب پستهای زمینی از فن استفاده میگردد، اما برای ترانسهای هوائی چنین راهی وجودندارد. اگر هوای محیط گرم شود به علت کاهش اختلاف دمای داخل ترانس و هوای اطرافتبادل حرارتی کم شده و ترانس گرمتر میشود. بنابراین بهترین راه چاره کاهش بارترانس در این مواقع میباشد که در فصول گرم بار ترانس زیر بار نامی باشد، امامتأسفانه پیک بار شبکه هنگام گرما به علت استفاده از کولرهای گازی اتفاق می‌افتد ودر فصول دیگر گاهاً بار ترانسها از %40 بار نامی نیز کمتر میباشد
جرقه و هارمونیک در اولیه ترانسهای توزیع: در برخی از پستهایزمینی به علت شرایط نامناسب ساختمانی و شرایط تابلوهای فرسوده ، روی مقره‌هایاتکایی و همچنین در شبکه‌های هوائی روی مقره‌ها و بوشینگها قوسهایی بوجود می‌آیدکه گاهاً ماندگار نیز می‌باشند. این قوسها ریپل‌های ولتاژ را در شبکه بوجودمی‌آورند. جهت جلوگیری از این پدیده‌ها بایستی بازدیدهای دوره‌ای از شبکه و پستهایزمینی و شاخه‌زنی و سرویس به موقع خطوط و پست‌ها را افزایش داده و دقت بیشتری را دراین خصوص مبذول نمود. مطابق با استاندارد، شاخه زنی باید بگونه‌ای باشد که طی فاصلهزمانی 2سال یک بار شاخه زنی انجام گیرد اما با شرایط جوی برخی مناطق و نوع درختانگاهاً در هر سال دو بار شاخه زنی لازم است
جلوگیری از پاره گی هادیهای ترانس: بیشتر اوقات در حملنامناسب ترانس، هادیهای ترانس پاره میشوند. اگر دقت بیشتری در هنگام حمل ترانسانجام گیرد و در هنگام بارگیری و نصب سعی گردد تا ترانس به آرامی جابجا شود وهنگامی که ترانس بر روی جرثقیل یا هر وسیله جابجا کننده قرار میگیرد بتوان ازتکانهای شدید ناشی از جاده جلوگیری نمود و همچنین بار ترانس همواره زیر بار نامینگه داشته شود، باعث میگردد تا هادیهای ترانس قطع نگردند. اما برای جلوگیری ازپاره گی هادیها ناشی از اتصال کوتاه در سیم‌پیچی اولیه و یا ثانویه ترانس تنهامی‌توان به استاندارد نمودن اتصالات ورودی و خروجی ترانس اشاره نمود
گرفته شده از:
مقدمه: هنگامیکه استفاده از مبدلهای الکترونیک قدرت در اواخر دهه 1970 معمول گردید، توجه بسیاری از مهندسین شرکتهای برق درمورد توانایی پذیرش اعوجاج هارمونیکی توسط سیستمهای قدرت را برانگیخت . پیشبینیهای مأیوسکنندهای از سرنوشت سیستمهای قدرت درصورت اجازه استفاده ازاین تجهیزات انجام گرفت. درحالیکه بعضی ازاین نگرانیها احتمالاً بیش از حد قلمداد گردیدند، ولی بررسی مفهوم کیفیت برق مدیون این افراد بهدلیل پیگیری آنها درمورد این مسئله میباشد.
بروز هارمونیک در سیستمهای برق اولین پیامد عناصر غیرخطی در شبکه است. بهخاطر گسترش فزاینده استفاده از عناصر غیرخطی در سیستمهای برق، مانند راهاندازها (درایورهای تنظیم سرعت) و مبدلهای الکترونیکی قدرت، مقدار هارمونیک شکل موج جریان و ولتاژ بهطور چشمگیری افزایش یافته است و بنابراین اهمیت موضوع کاملاً مشخص است.
بررسی مسائل هارمونیک‌ها منجر به تحقیقاتی گردید که نتایج آن نقطهنظرات متعددی درمورد کیفیت برق بود. بهنظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیکی هنوز مهمترین مسئلـه کیفیت برق میباشد. مسائل هارمونیکی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستمهای قدرت و عملکرد آن تحت فرکانس اصلی مغایر است. بنابراین مهندس برق با پدیدههای ناآشنایی روبرو میشود که نیاز به ابزار پیچیده و تجهیزات پیشرفته برای حل مشکلات و تجزیه و تحلیل آنها دارد. گرچه تحلیل مسائل هارمونیکی میتواند دشوار باشد، ولی خوشبختانه همة سیستم قدرت دارای مشکل هارمونیکی نیست و فقط درصد کمی از فیدرهای مربوط به سیستمهای توزیع تحتتأثیر عوامل ناشی از هارمونیک‌ها قرار میگیرند. مشترکین برق در صورت وجود هارمونیک‌ها مشکلات زیادتری از شرکتهای برق را تحمل میکنند. مشترکین صنعتی که از محرکههای موتور با قابلیت تنظیم سرعت، کورههای قوس الکتریکی، کورههای القایی، یکسوکنندهها ، اینورترها، دستگاههای جوش و نظایر آن استفاده میکنند، نسبت به مسائل ناشی از اعوجاج هارمونیکی ضربهپذیرتر از بقیة مشترکین می‌باشند.
اعوجاج هارمونیکی یک پدیده جدید در سیستمهای قدرت به شمار نمیرود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از دورهها درسیستمهای قدرت الکتریکی جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوی منابع و مطالب تکنیکی دهههای قبل نشان میدهد که مقالات مختلفی دررابطه با این موضوع انتشار یافته است. اولین منابع هارمونیکی شناختهشده، ترانسفورماتورها بودند و اولین مشکل نیز در سیستمهای تلفن پدید آمد. استفاده گروهی از لامپهای قوس الکتریک بهدلیل مؤلفههای هارمونیکی توجهات خاصی را برانگیخت ولی این مسائل به اندازه اهمیت مسئله مبدلهای الکترونیک قدرت در سالهای اخیر نبوده است.
خوشبختانه در طی این سال ها پژوهشگران متوجه شده اند که اگر سیستم انتقال به نحو مناسبی طراحی گردد، بهنحوی که بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تأمین نماید، احتمال ایجاد مشکل ناشی از هارمونیک‌ها برای سیستم قدرت بسیار کم خواهدبود، گرچه این هارمونیک‌ها میتوانند موجب مسائلی در سیستمهای مخابراتی شوند. اغلب در سیستمهای قدرت مشکلات زمانی بروز میکنند که خازنهای موجود در سیستم باعث ایجاد تشدید دریک فرکانس هارمونیکی گردند. دراین شرایط اغتشاشات و اعوجاجات، بسیار بیش از مقادیر معمول میگردند. امکان ایجاد این مشکلات در مورد مراکز کوچک مصرف وجود دارد ولی شرایط بدتر در سیستمهای صنعتی بهدلیل درجه زیادی از تشدید رخ میدهد.
علت ایجاد اعوجاج هارمونیکی
اعوجاج هارمونیکی در سیستمهای قدرت ناشی از عناصر غیرخطی میباشد. عنصر غیرخطی عنصری است که جریان آن متناسب با ولتاژ اعمالی نمیباشد افزایش چند درصدی ولتاژ ممکن است باعث شود که جریان دوبرابر شده و نیز موج جریان شکل دیگری به خود بگیرد. این مورد ساده ای از منبع تولید اعوجاج در سیستم قدرت میباشد.
هر شکل موج اعوجاجی پریودیک را میتوان به صورت جمع موجهای سینوسی بیان نمود. یعنی وقتی که شکل موج از یک سیکل به سیکل دیگر تغییر نکند، این موج را میتوان به صورت جمع امواج سینوسی خالص که درآن فرکانس هر موج سینوسی، مضرب صحیحی از فرکانس اصلی موج اعوجاجی است نمایش داد. این موجهای سینوسی که فرکانس آنها ضریب صحیحی از فرکانس اصلی می‌باشند، هارمونیکهای مؤلفه اصلی گویند. جمع این موجهای سینوسی به سری فوریه معروف است این مفهوم ریاضی اولین بار توسط فوریه ریاضیدان فرانسوی مورد توجه قرار گرفت.
مزایای فنی و اقتصادی کاهش هارمونیک‌ها
اگرچه بحث تفصیلی درمورد خسارات هارمونیک‌ها ، پیچیده است ولی میتوان در یک جمعبندی اجمالی مزایای کاهش هارمونیک‌ها را بهشرح زیر بیان نمود :
1)کاهش تلفات تجهیزات الکتریکی و شبکه برقرسانی
2)آزادسازی ظرفیت تجهیزات شبکه مانند موتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها
3)افزایش طول عمر تجهیزات بهدلیل کاهش تلفات و کاهش درجه حرارت
4)کاهش احتمال رزونانس موازی و سری در شبکه
5)افزایش راندمان موتورهای الکتریکی
6)کاهش خطای عملکرد رله‌ها ، تجهیزات کنترلی و حفاطتی شبکه ناشی از تأثیرات هارمونیک‌ها
7)کاهش خطای قرائت دستگاههای اندازهگیری و کنتورها و در نتیجه کاهش خطای مبالغ دریافتی از مشترکین /برق/هارمونیک_files/icon_cool.gif "خونسرد"){kind=icon}
عملکرد بهتر تجهیزات شبکه و مشترکین از جمله ماشین‌های الکتریکی بهدلیل کاهش اثر گشتاورهای مخالف بهواسطه برخی از هارمونیک‌ها
9)بهبود رضایت مشترکین بهدلیل بهبود کیفیت توان
تجهیزات آسیبپذیر
موتورهای الکتریکی ازجمله وسایلی هستند که درمعرض بیشترین اثر نامطلوب هارمونیک‌ها قراردارند، هارمونیک حاصلاز ولتاژ تغذیه باعث تلفات بالاتر در موتورهای الکتریکی شده که باعث کاهش ظرفیت نامی میشود. کاهش عمر و فرسوده شدن عایقبندی موتور بهخاطر افزایش دمای داخلی بالاتراز میزان نامی، از دیگر اثرات نامطلوب هارمونیک‌ها در موتورهای الکتریکی است.
سیستم عایقبندی آسیبپذیرترین قسمت یک موتور الکتریکی درمقابل افزایش دمای حاصلاز هارمونیک است.تسریع در فرسایش، خطا و مشکلات عایقی و کاهش عمر معمولترین نشانههای مشاهده شده در سیستمهای عایقیِ درمعرض اضافه حرارت، میباشد.
منابع تولید هارمونیک
پیدایش عناصر نیمه هادی و المانهای غیرخطی نظیر دیود ، تریستور و ... و استفادة فراوان از آنها در شبکه‌های قدرت عامل جدیدی برای ایجاد هارمونیک در سیستمهای قدرت بهوجود آورد. کاربرد این عناصر را میتوان در تجهیزات و سیستمهای قدرت زیر دید:
- کورههای قوس الکتریکی و القایی
- یکسوکنندهها و مبدلهای الکترونیک قدرت
- تجهیزات مورد استفاده در کنترلکنندههای سرعت ماشین‌های الکتریکی ( VSD)
- کاربرد SVC بعنوان ابزار مهمی درکنترل توان راکتیو
- بارهای غیرخطی شامل دستگاههای جوشکاری
- جریان مغناطیسی ترانسفورماتور
از سوی دیگر عوامل زیر را نیز میتوان به عنوان تولیدکنندة هارمونیک در نظر گرفت:
- تولید شکل موج غیر سینوسی توسط ماشین‌های سنکرون ناشی از وجود شیارها و عدم توزیع یکنواخت سیمپیچیهای استاتور
- توزیع غیر سینوسی فوران مغناطیسی در ماشین‌های سنکرون
همچنین صنایع زیر را میتوان از جمله عوامل تولید هارمونیک در شبکه‌های الکتریکی محسوب نمود:
- صنایع شامل مجتمعهای شیمیایی و پتروشیمی و نیز صنایع ذوب آلومینیم که از یکسوکنندههای پرقدرت برای تولید برق DC مورد نیـاز انجام فرآیندهای شیمیـائی و ذوب آلومینیـم استفـاده میکنند. با توجـه به قـدرت بالا، این یکسـوکنندهها هارمونیک قابل ملاحظهای در شبکة قدرت به وجود میآورند.
- استفاده از سیستمهای الکترونیک قدرت در سیستم حمل و نقل برقی مانند اتوبوس برقی و متروها باعث میشود سطوح زیادی از هارمونیک به سیستم توزیع تزریق شود.
- بارهای غیرخطی مانند کورههای قوس الکتریکی که در صنایع ذوبآهن استفاده میشود از عوامل تولید هارمونیک در مقیاس بزرگ می‌باشند.
گرفته شده از:
نیروگاه بخاری از آب بسیار خالص در یک چرخه یا سیکل بسته استفاده می کند. ابتدا آب در بویلرها برای تولید بخار در فشار و دمای بالا گرما داده می شود که عموما دماو فشارآن در یک نیروگاه مدرن به 150 اتمسفرو550 درجه سانتیگراد می رسد. این بخار تحت فشار زیاد توربینها را ( که آنها هم ژنراتورهای الکتریکی را می گردانند , و این ژنراتورها با توربینها بطور مستقیم کوپل هستند ) می گردانند یا اصطلاحا درایو می کنند. ماکزیمم انرژی از طریق بخار به توربینها داده خواهد شد فقط اگر بعداً همان بخاراجازه یابد در یک فشار کم ( بطور ایده آل فشار خلاء) از توربینها خارج شود . این مطلب می تواند توسط میعان بخار خروجی به آب بدست آید .
سپس آب دوباره بداخل بویلرها پمپ می شود و سیکل دوباره شروع می گردد. در مرحله تقطیر مقدرا زیادی از گرما مجبور است از سیستم استخراج شود. این گرما در کندانسور که یک شکل از تبادل کننده گرمایی است , برداشته می شود. مقدار بیشتری از گرمای آب ناخالص وارد یک طرف کندانسور می شود و آن را از طرف دیگر ترک می کند بصورت آب گرم , داشتن گرمای به اندازه کافی استخراج شده از بخار داغ برای تقطیر آن به آب. در هیچ نقطه ای نباید دو سیستم آبی مخلوط شوند. در یک سایت ساحلی آب ناخالص داغ شده به سادگی به دریا برگشت داده می شود در یک نقطه با فاصله کوتاه. یک نیروگاه 2 GW به حدود 60 تن آب دریا در هر ثانیه احتیاج دارد. این برای دریا مشکل نیست , اما در زمین تعداد کمی از سایتها می توانند اینقدر آب را در یک سال ذخیره کنند. چاره دیگر بازیافت آب است. برجهای خنک کن برای خنک کردن آب ناخالص استفاده می شوند بطوریکه آن می تواند به کندانسورها برگردانده بشود , بنابراین همان آب بطور متناوب بچرخش در می آید. یک برج خنک کن از روی ساحختار سیمانی اش که مانند یک دودکش خیلی پهن است شناخته شده است و بصورت مشابه نیز عمل می کند. حجم زیادی از هوا داخل اطراف پایه ( در پایین و داخل و مرکز لوله برج ) آن کشیده می شود و ازمیانه بالایی سرباز آن خارج میشود. آب گرم و ناخالص به داخل مرکز داخلی برج از تعدای آب پاش نرم ( آب پاش با سوراخهای ریز ) پاشیده می شود و هنگامیکه آن فرو میریزد با بالارفتن هوا( توسط هوای بالا رونده ) خنک می شود. سرانجام آب پس از خنک شدن در یک حوضچه در زیر برج جمع می شود. برج خنک کن وافعا یک تبدل دهنده کرمایی دوم , که گرمای آب ناخالص را به هوای اتمسفر می فرستد , است, اما نه مانند تبادل دهنده گرمایی اول , در اینجا دوسیال اجازه می یابند با هم تماس داشته باشند و در نتیجه مقداری ار آب توسط تبخیر کم می شود.
برجهای خنک کن هرگز قادر به کاهش دمای آب ناخالص تا پایینتر از دمای حدی هوا نیستند بطوریکه کارآیی کندانسور و ازآنجا کارآیی تمام نیروگاه در مقایسه با یک سایت ساحلی کاهش می یابد. همچنین ساختمان برجهای خنک کن قیمت کلی ساختمان و بنای نیروگاه را افزایش می دهد.
احتیاج برای خنک کردن آب یک فاکتور مهم در انتخاب سایت نیروگاهی زغالی , نفتی و هسته ای است. یک سایت که مناسب است برای یک نیروگاه که از یک نوع سوخت استفاده می کند بناچار مناسب نیست برای یک نیروگاه که ار نوع دیگری سوخت استفاده می کند.
نیروگاه های ذغال- سوختی ( Coal-Fired Power Stations )
پیش از این نیروگاه های سوخت ذغال سنگ نزدیک باری که آنها نامین میکردند ساخته می شدند. یک نیروگاه خروجی 2GW , درحدود 5 میلیون تن ذغال در سال مصرف میکند. در بریتانیا : که بیشتر ذغال نیروگاه توسط ریل حمل میشود : , این نشان میدهد , یک مقدار متوسط در حدود 13 ترن در روز را که هرکدام 1000تن را حمل میکنند . این یعنی اینکه نیروگاه های ذغال- سوختی به یک ریل متصل نیاز دارند مگر اینکه نیروگاه درست در دهانه معدن ( بسیار نزدیک به معدن ) ساخته شود.
نیروگاه های نفت- سوختی ( Oil-Fired Power Stations )
سوخت نفتی نیروگاه میتواند مشتق بشود به نفت خام که نفتی است هنگامیکه از چاه بیرون می آید, و نفت باقیمانده که باقی می ماند هنگامیکه بخشهای قابل دسترس استخراج بشوند در تصفیه نفت. قیمت انتقال نفت توسط خطوط لوله کمتر از انتقال ذغال سنگ با ریل است, اما حتی همان نیروگاههای سوخت نفت خام هم اغلب در نزدیکی اسکله ها و لنگرگاه های با آب عمیق که برای تانکرهای اندازه متوسط (تانکرهای حمل و نقل سوخت) مناسب است , واقع میشوند. نفت باقیمانده نیرگاههای سوختی احتیاج دارد در نزدیکی تصفیه خانه که آنها را تامین می کند واقه شوند. این بدلیل است که نفت باقیمانده بسیار چسبناک است و میتواند فقط منتقل بشود در میان خطوط لوله بطور اقتصادی اگر آن گرم نگه داشته بشود.
نیروگاه های هسته ای ( Nuclear Power Stations )
در مقابله با ذغال سنگ و نفت , ارزش انتقال سوخت هسته ای ناچیزاست بدلیل مقداراستعمال خیلی کم. یک نیروگاه 1GW درحدود 41/2 تن اورانیوم در هرهفته نیاز دارد. این مقایسه میشود بطور بسیار مطلوب با 50000نت سوخت که در یک هفته در نیروگاه ذغال- سوختی سوزانده میشد. نیروگاه های هسته ای در حال حاضر تقریبا آب خنک بیشتری درمقایسه با نیروگاه های ذغال- سوختی و نفت- سوختی استفاده میکنند , بعلت کارایی و بازده پایین آنها. همه نیروگاه های هسته ای در بریتانیا , با یک چشم داشت, در ساحل واقع می شوند و از آب خنک دریا استفاده میکنند.
نیروگاه های برق- آبی ( Hydroelectric Power Stations )
نیروگاه های برق- آبی باید جایی واقع شوند که دهانه آب دردسترس هست , و نظربه اینکه این اغلب در مناطق کوهستانی است , آنها ممکن است به خطوط انتقال طولانی برای حمل توان به نزدیک ترین مرکز یا پیوستن به شبکه نیاز داشته باشند. همه طرحهای برق- آبی به دو فاکتور اساسی وابسته هستند : یکی جریان آب و یکی اختلاف در سطح یا دهانه. نیاز دهانه ممکن است فراهم بشود بین یک دریاچه و یک دره باریک, یا توسط ساختن یک سد کوچک در یک رودخانه که جریان را منحرف میکند به سمت نیروگاه, یا توسط ساختن یک سد مرتفع در مقابل یک دره برای ساخت یک دریاچه مجازی.
.
| L1 | L2 | L3 | Neutral | Ground/ protective earth |
|
|---|---|---|---|---|---|
| Australia and New Zealand (per AS/NZS 3000:2007 Figure 3.2) | Red1 | White1 (prev. yellow) | Dark blue1 | Black1 | Green/yellow striped (green on very old installations) |
| Canada (mandatory)[5] | Red | Black | Blue | White | Green or bare copper |
| Canada (isolated three-phase installations)[6] | Orange | Brown | Yellow | White | Green |
| European Union and all countries who use European CENELEC standards April 2004 (IEC 60446), Hong Kong from July 2007 | Brown | Black | Grey | Blue | Green/yellow striped2 |
| Older European (IEC 60446, varies by country3) | Black or brown | Black or brown | Black or brown | Blue | Green/yellow striped3 |
| UK until April 2006, Hong Kong until April 2009, South Africa, Malaysia, Singapore | Red | Yellow | Blue | Black | Green/yellow striped (green on installations approx. before 1970) |
| Republic of India and Pakistan | Red | Yellow | Blue | Black | Green |
| People"s Republic of China (per GB 50303-2002 Section 15.2.2) | Yellow | Green | Red | Light blue | Green/yellow striped |
| Norway | Black | White/Grey | Brown | Blue | Yellow/green striped, older may be only yellow or bare copper |
| United States (common practice)4 | Black | Red | Blue | White, or grey | Green, green/yellow striped or a bare copper wire |
| United States (alternative practice)5 | Brown | Orange(delta) Violet(wye) | Yellow | Grey, or white | Green |
^1 In Australia and New
آنس ها عبارات پرکاربردی در برق هستند که در محاسبات ترانس ها ، طراحی خطوط ،انتخاب عایق های مناسب از آنها استفاده می شود و به طور کلی هر مداری در صنعت برق به آنها وابسته است و بدون آن ها برق بی معنی است، اما متاسفانه حتی بسیاری از کارشناسان این صنعت با آنها آشنایی ندارند یا آنها را به جای هم به کار می برند همین موضوع ما را بر آن وا داشت تا توضیحی کوتاه در مورد آنها بدهیم.
Rرزیستانس : رزیستانس درواقع همان مقاومت اهمی است که واحد اندازه گیری آن اهم ? است و با سمبل R نشان داده می شود.
Lاندوکتانس: اندوکتانس همان حالت سلفی است که در پیچه ها ، ترانسفورماتورها و ماشین های القایی پرکاربرد هستند . واحد اندازه گیری آن هانری H است و با سمبل L نشان داده می شوند .
Cکاپاسیتانس : کاپاسیتانس همان حالت خازنی است که در خطوط انتقال بلند ، مخصوصا خطوط بلند بدون بار کار برد دارند و موجب افزایش ولتاژ ناخواسته می شوند . واحد اندازه گیری آن فاراد F است و با سمبل نشان C داده می شوند.
XLراکتانس سلفی : راکتانس از نوع سلفی به رابطه ی زیر گفته می شود و واحد اندازه گیری آن اهم است
XL= JXL
XCراکتانس خازنی : راکتانس خازنی به رابطه ی زیرگفته می شود و واحد آن هم اهم است .
XC=1/JWC
( درواقع راکتانس حالت فازوری اندوکتانس و کاپاسیتانس است )
امپدانس امپدانس یک حالت فازوری است و به صورت عدد مختلط ( حقیقی و موهومی ) نمایش داده می شود و واحد آن اهم است و ممکن است متشکل از حالت اندوکتانسی ، رزیستانسی، کاپاسیتانسی یا مجموع رزیستانسی و دوتای دیگر باشد .
Z=R+JX
ادمیتانس : ادمیتانس عکس امپدانس بوده و واحد اندازه گیری آن مهو یا مو یا رسانایی می باشد .
( باید دقت شود که باید در معکوس کردن امپدانس جزء حقیقی و موهومی باهم معکوس شود نه به طور جزء به جزء )
Y=G+JB
کندوکتانس به بخش حقیقی ادمیتانس گفته می شود که با G نمایش می دهند و و واحد آن مهو است
سوسپتانس به بخش موهومی ادمیتانس گفته می شود که با Bنمایش می دهند و واحد آن مهو است .
رولکتانس : رولکتانس مقاومت مغناطیسی یا به عبارتی نفوذ پذیری مغناطیسی است .
R=Ni/Q=l/Aµ
پدیده رزوناس و فرزوناس در شبکه های توزیع
مقدمه
با توجه به خصوصیات مناسب شبکه های توزیع بروز پدیده های رزوناس وفرزناس در این شبکه ها بسیار معمول است. به عنوان مثال استفاده عمده از فیوز وFuse-cut-out , استفاده از کابلهای با خاصیت خازنی قابل ملاحضه در مقایسه با خطوط هوایی شرایط بروز دو پدیده را دراین شبکه ها فراهم می سازد. با سوختن فیوز در یک فاز ویا قطع یک فاز توسط Fuse-cut-out , شرایطمناسب بروز پدیده فراهم می شود.
بروزپدیده فرزوناس در شبکه های توزیع با افزایش ولتاژ وصدمه به ایزولاسیون تجهیزات فشار قوی از جمله برقگیرها کابلها و ترانسفورماتورها همراه است که ترکیدن سر کابلها انفجاربرقگیرها را موجب میشود.به علاوه جریان نشتی برقگیرهاع غیر خطی را افزایش میدهد و از عمر ودوام انها میکاهد.
خصوصیات و شرایط بروز پدیده در شبکه های توزیع :
همانطور که میدانیم پدیده فرو رزنانس در برابر خاصیت خازنی مناسب C و اندوکتانس به ازای مقادیر اسمی ولتاژ و جریان روی میدهد.هنگامی که هسته های فرو مغناطیسی تجهیزات فشار قوی اشباع و در مدار با خاصیت خازنی C واقع شوند شرایط بروز پدیده فراهم خواهد بود.در شبکه های ترانسفورماتورها به طور عمده توسط کاباهاع kv 30-6 تغذیه می شوند و کاباها از خاصیت خازنی بالا بر خوردارند به طور سری با سیم پیچی ترانسفورماتورهامجهز به هسته فرومغناطیسی واقع می باشند.کابلها به شرح فوق در محل انشعاب از خط اصلی به فیوز یا Fuse -cut- out مجهزند. در صورت سوختن فیزها یا قطع یک یا دو فاز نرانسفورماتور و کابل تغذیه ان به صورت تکفاز یا دوفاز تحت ولتاژ واقع می شوتد. در این حالت شرایط بروز رزنانس در مدارهای بسته دو فاز و یا تک فاز فراهم می شوند.مدار به شرح فوق تنها در شبکه های توزیع kv 30-6 مشاهده می شود.خصوصیات مدارها به شرح فوق ا زنظر بروز پدیده فرورزنانس در این جا مورد بحث قرار میگیرد و روش مقابله با شرح داده میشود . از انجا که ودارها شامل کابلها با خاصیت خازنی بالا و اتصال مستقیم به ترانسفورماتورها از طریق فیوز و یا Fuse -cut- out تنها در شبکه های توزیع معمول بوده است در پی سوختن فیوز در شرایط یک فاز بروز پدیده فراهم . شرایط بروز پدیده در طی رژیم گذرا و ظهور اضافه ولتاژهای موقت بادامنه بالا در پی بروز عیب و یا بروز رزنانس و افزایش قابل ملاحظه مقدار جریان و اشباع هسته های مغناطیسی فراهم می شود . در صورت بروز پدیده روزنانس و افزایش قابل ملاحظه ولتاژهسته مغناطیسی سیم پیچها اشباع گشته بروز پدیده فرو رزنانس را موجب می شود.اشباع هسته سیم پیجها و بروز پدیده فرورزنانس با اضافه ولتاژها از نوع موقت همراه بوده دارای دامنه ضربه ای با فرکانس چند سیکل بر ثانیه خواهند بود . افزایش ولتاژ به شرح یالا با توجه به مدت طولانی خود بالغ بر چند سیک فرکانس 50ایزولاسیون داخلی تجهیزات فشار قوی از جمله ترانسفورماتورها کابلها سر کابلها ترانسفور ماتورهای ولتاژ را تهدید می کند و شرایط بروز قوس و تخلیه را در برقگیرهابدون فاصله هوایی فراهم می سازد . در برقگیر های غیر خطی اضافه ولتلژ به شرح فوق جریان تخلیه برقگیر را تا چند امپر افزایش می دهد و انرژی حرارتی حاصل ازان دمای المانهای غیر خطی را به سرعت افزونی می بخشذ و از عمر ودوام انها تا چندین برابر کاهش میدهد . بر طب قمطالعلت صورت گرفته درصد عمده بروز عیب و اسیب در برقگیرهای غیر خطی د رشبکه های توزیع از بروز پدیده فرورزنانس ناشی میشود . به همین علت در شبکه ها و مدارها با هسته های فرومغناطیسی که احتمال بروزه پدیده بالاست حتی الامکان از برق گیرهای غیر خطی استفاده نشده استو از برق گیرها با فواصل هوایی استفاده می شود.
به طور کلی بروز پدیده فرو رزنانس در شبکه های توزیع مستلزم تشکیل مدار بسته به صورت مستقل از شبکه با خصوصیات زیر است:
1-مدار بسته شامل خاصیت القایی ناشی از هسته مغناطیسی خاصیت خازنی و نیروی الکتروموتوریمناسب
2-برقراری جریان در مدار بسته با مقدار بالا و کافی به منظوز اشباع هسته مغناطیسی سیم پیچها
3-امپدانس معادل شبکه از سمت سیم پیچها با مشخصه خازنی (وجود خاصیت خازنی قابل ملاحظه در مدار)
وجود مولفه فعال در امپدانس دیده شده (بند3) ضربات و نوسانات پدیده را در ولتاژ شبکه مستهلک می کند. به همین علت بالاترین مقدار اضافه ولتاژ ناشی از پدیده فرو رزنانس در شرایط بی باری و یا بار اکتیو خالص مشاهده می شود. در شرایط معمول و متقارن بهره برداری که در ان تجهیزات با خاصیت خازنی نظیر خطوط بی بار و یا کابلهای زمینی موجودند و یا بانگهای خازنی به منظور جبران قدرت راکتیو نصب شده اند خاصیت خازنی مدار با سیم پیچی مجهز به هسته فرو مغناطیسی به طور موازی واقع بوده احتمال بروز پدیده فرورزنانس به علت عدم اشباع هسته مغناطیسی نا چیز خواهد بود . با این همه احتمال بروز پدیده فرورزنانس در حالت نا متقارن کمیات مدار افزایش می یابد عدم تقارون به طور عمده در هنگام قطع یک یا دو فاز شبکه روی می دهد.به عنوان مثال هنگامی که در پی ووصل کلید به علت اشکال و نقص فنی در کلید تنها یک یا دو فاز وصل شوند و یا در خط در حال بهره برداری با سوختن فیوز و یا کار دستگاه Fuse -cut- out یک یا دو فاز قطع شوند. بروز نقص و اشکال میکانیکی در کلید د رهنگام وصل در هر دو ردیف ولتاژهای توزیع و انتقال امکان پذیر استول یعدم تقارن ناشی از سوختن فیوز و یا کار Fuse -cut- out تنها در شبکه های توزیع مشاهد می شود . در این شبکخه ها از فیو زو فیوز cut- out استفاده می شود به همین علت احتمال بروز پدیده در شبکه های توزیع بالاست. احتمال بروز پدیده هنگامی که نقطه نول د رشبکه توزیع ویا نقطه نول د رترانسفورماتور مورد تغذیه زمع شده باشد کاهشمی یابد و احتمال بروز پدیده با افزایش خاصیت خازنی مدا رافزونی می یابد. در شبکه های توزیع که بطور عمده به کابلهای زمینی مجهز اند به علت خاصیت خازنی بیشتر کابلها نسبت به خطوط هوایی احتمال برو زپدیده نسبت به شبکه های توزیع نوع هوایی فزونی می یابد.
منبع : http://www.p-electric.blogfa.com/post-166.aspx
|
||||||||||||
< type="text/java">
