برق-قدرت
اینجا فقط از برق و الکترونیک و کامپیوتر حرف می زنیم
برق-قدرت
اینجا فقط از برق و الکترونیک و کامپیوتر حرف می زنیمدرباره من
از کتاب خواندن خیلی لذت می برم و از فیلم دیدن... همین و بس
ادامه...
آلودگی های محیطی و نقش آن در محاسبه طول مقره ها و بوشینگها
بر اساس جزوه طراحی خطوط انتقال دکترسیدحسین حسینیان(دانشیار دانشگاه صنعتی امیر کبیر)
ولتاژ نامی شبکه اصلی ترین عامل برای انتخاب مقره ها و بوشینگها می باشد. هرچه ولتاژ خط انتقال بالاتر باشد باید مقره ها بلندتری را بکار گرفت چرا که با افزایش ولتاژ خطر تخلیه جزئی و در نتیجه خراب شدن مقره ها بیشتر شده و همچنین در صورت ایجاد ولتاژهای ناخواسته ،مانند اصابت صاعقه و یا ولتاژهای موجی در هنگام کلید زنی، احتمال از دست رفتن مقاومت عایقی وجود دارد.
اما علاوه بر ولتاژ نامی عوامل دیگری هم هستند که در انتخاب مقره باید مد نظر قرار بگیرند. یکی از عوامل مهم در انتخاب طول مقره آلودگی محیط نصب خطوط فشار قوی است. آلودگی ها به دلیل گرد نمکهای طبیعی (CaCl,NaCl) یا مصنوعی به وجود می آیند که توسط باد بر روی مقره می نشیند و در صورت وجود رطوبت مقاومت عایقی مقره را به صورت معنا داری کاهش می دهد. وجود آلودگی سبب ایجاد جریانی به نام جریان خزنده (Creapage current یاLeakage current) می شود. این جریان بر سطح مقره بین سیمهای حامل جریان و پایه های مقره برقرار شده و نهایتا سبب تخلیه جزئی در نقاط مختلف مقره شده و مقره را خراب و از کار افتاده می کند. مناطقی که به کارخانه ها، شهرها و دریاها نزدیک تر هستند آلودگی بیشتری دارند و برای نصب مقره در خطوط فشار قوی در این گونه مناطق باید تمهیدهای خاصی را مد نظر قرار داد.
درجه سختی آلودگی
برای سنجش میزان آلودگی محیطهای مختلف و پیداکردن راهکاری برای مقابله با آن ناچاریم تا آلودگی و میزان شدت آن را تعریف کنیم. واحد اصلی برای اندازه گیری سختی آلودگی SDD(Salt deposit density)است که به صورت استاندارد برای اندازه گیری شدت آلودگی نمک طعام (NaCl) استفاده می شود. برای موادی غیر از نمک طعام از ESDD استفاده می شود که معادل و هموزن آلودگی با نمک طعام توسط ماده مورد نظر می باشد. واحدهای اندازه گیری آلودگی عبارتند از:
1. µS(میکرو زیمنس)
2. mg/cm^2
3. kg/m^3
استانداردهای سختی آلودگی
استاندارهای گوناگون برای مقایسه شدت آلودگی محیطهای مختلف محیطهای آلوده را به 7 دسته تقسیم می کنند که میزان آلودگی آنها از غیرآلوده تا خیلی آلوده متغیر است. واحد اندازه گیری این طبقه بنده (mg/cm^2) می باشد. جدول زیر طبقه بندی محیطهای آلوده را بر اساس استانداردهای مختلف بیان می کند:
|
IEC815 |
IEEE |
CIGRE |
ESDD |
|
- |
- |
0.0075-0.05 |
None |
|
- |
0-0.03 |
0.015-0.03 |
Very Light |
|
0.03-0.06 |
0.03-0.06 |
0.03-0.06 |
Light |
|
0.1-0.2 |
0.06-0.1 |
0.06-0.12 |
Average |
|
0.3-0.4 |
>0.1 |
0.12-0.24 |
Heavy |
|
- |
- |
0.24-0.48 |
Very Heavy |
|
- |
- |
>0.48 |
Exceptional |
جدول-1 استانداردهای سختی آلودگی
محاسبه تعداد زنجیره مقره بر اساس آلودگی
برای محاسبه تعداد زنجیره مقره در یک محیط آلوده باید سختی آلودگی محیط را بدانیم. با دانستن سختی آلودگی و تعیین نوع مقره ای که قرار است بکار ببریم (Iشکل یا V شکل) از جدول 2 برای محاسبه استقامت عایقی (CFO) استفاده می کنیم:
|
مقره I شکل |
CFO(kv/m)=72.3+1.64/C |
0.04>C>0.02 |
|
مقره I شکل |
CFO(kv/m)=64.4+1.96/C |
C>0.04 |
|
مقره Vشکل |
CFO(kv/m)=1.6+1.22/C |
0.04>C>0.02 |
|
مقره Vشکل |
CFO(kv/m)=87.6+1.96/C |
C>0.04 |
جدول-2 محاسبه CFO براساس سختی آلودگی
شکل-1 انواع مقره های I شکل
شکل-2 مقره V شکل
قابل ذکر است که مقره استاندارد دارای ارتفاع 146میلیمتر و قطر 254 میلیمتر می باشد و طول خزش آن 305 میلیمتر در نظر گرفته می شود.
تعداد مقره برای مقره استاندارد(بر اساس سختی آلودگی) از روی فرمول زیر محاسبه می شود:
(1-1) N=VLG/(0.146×V3)
باید به خاطر داشته باشید که در صورتی که از مقره ای غیر از مقره استاندارد استفاده می کنید ارتفاع آن را به جای 0.146 در فرمول 1-1 بکارببرید.
مثال1
خط انتقالی با ولتاژ 230 کیلوولت موجود است با آلودگی (mg/cm2 0.05 ) و مقره I شکل تعداد مقره های استاندارد برای زنجیره مقره مورد نیاز را محاسبه کنید.
جواب
ابتدا بر اساس ولتاژ نامی شبکه حداکثر ولتاژ شبکه را با تلرانس 5% به دست می آوریم:
Vn=230
Vmax=Vn+5%=242
حداکثر ولتاژ خط به زمین عبارت است از:
VLGmax=242/1.7= 139Kv
برای مقره I شکل و بر اساس جدول 2 داریم:
CFO=64.6+1.96/0.05=103.8Kv/m
بافرض ϐ=0.1CFO خواهیم داشت:
V3=CFO-3ϐ
V3=0.7CFO
V3=0.7CFO=0.7×103.8=72.66kv/m
و دست آخر بر اساس فرمول 1-1 داریم:
N=139.7/(72.66×0.146)=13.1
پس تعداد 13 مقره استاندارد باید برای تشکیل زنجیره مقره بکار رود.
لازم به یادآوری است که V3 و ϐ بر اساس توزیع احتمالی نرمال (شکل-3) تعریف می شوند. V3 یا CFO-3ϐ ولتاژی است که در صورت رسیدن ولتاژ خط به آن، احتمال جرقه زدن و در نتیجه شکسته شدن مقاومت عایقی مقره صفر است. یعنی مقره باید دست کم توانایی تحمل این ولتاژ را داشته باشد.
شکل-3 توزیع نرمال و استقامت عایقی
محاسبه ارتفاع مقره و بوشینگ بر اساس طول خزش(Creap Distance)
عامل دیگری که باید در محاسبه طول زنجیره مقره در نظر گرفته شود طول خزش یا طول جریان خزش است. بر اساس میزان آلودگی و فرمولهای داده شده طول خزش به دست می آید و این طول خزش باید از طول خزش مقره کمتر باشد تا جریان خزشی بر روی مقره بوجود نیاید.
الف- محاسبات بر اساس mg/cm2
اگر از واحد اندازه گیری mg/cm2 برای اندازه گیری سختی آلودگی استفاده کنیم با استفاده از جدول 3 و نوع مقره اعداد A و b را استخراج می کنیم و در فرمول 2-1 قرار می دهیم:
|
|
b |
A |
mg/cm2 |
|
|
استاندارد IEEE |
0.374 |
86.6 |
0.02 تا 0.1 |
مقره Iشکل |
|
استاندارد IEEE |
0.58 |
51.4 |
0.1 تا 0.3 |
|
|
استاندارد IEEE |
0.274 |
52.9 |
0.02 تا 0.1 |
مقره Vشکل |
|
استاندارد IEEE |
0.123 |
37.1 |
0.1 تا 0.3 |
|
|
استاندارد CIGRE |
0.223 |
66 |
0.02 تا 0.4 |
مقره Iشکل |
|
استاندارد CESI |
0.22 |
48 |
0.02 تا 0.4 |
|
|
استاندارد NGK |
0.232 |
54.4 |
0.02 تا 0.4 |
جدول-3 طول خزش بر اساس mg/cm2
(2-1) LS(mm/Kv)=A(mg/cm^2)b
ب- محاسبات بر اساس µS
اگر محاسبات سختی آلودگی بر اساس واحد میکرو زیمنس باشد باید از جدول-4 و فرمول 3-1 استفاده کنیم تا طول خزش را بدست آوریم:
|
|
b |
A |
µS |
|
|
استاندارد CIGRE |
0.387 |
14.2 |
2.5تا 80 |
مقره Iشکل |
|
استاندارد CESI |
0.28 |
14.2 |
2.5تا 80 |
جدول-4 طول خزش بر اساس µS
(3-1) LS(mm/Kv)=A(µS)b
ج- محاسبات بر اساس kg/m3
و دست آخر اگر محاسبات بر حسب واحد kg/m^3 باشد می توانیم اعداد A و b را از جدول-5 و فرمول 4-1 بدست بیاوریم:
|
|
b |
A |
kg/m3 |
|
|
استاندارد CIGRE |
0.387 |
14.2 |
3.5تا100 |
مقره Iشکل |
|
استاندارد CESI |
0.28 |
14.2 |
3.5تا100 |
جدول-5
(4-1) LS(mm/Kv)=A(kg/m^3)b
البته تمام این واحدها را می توان بر اساس فرمول 5-1 به یکدیگر تبدیل کنیم:
(5-1) 1mm/cm2=140 kg/m3=100µS
محاسبه طول خزش برای بوشینگ ها
برای محاسبه طول خزش در یک بوشینپ باید ابتدا قطر متوسط آن را به دست آوریم که البته به بسته به شکل فیزیکی بوشینگ از فرمول 6-1 یا 7-1 استفاده می کنیم و پس از آن اعداد A و b را از جدول-6 استخراج می کنیم و درفرمول 3-1 قرار می دهیم:
شکل-4 بوشینگ استوانه ای شکل برای فرمول 6-1
(6-1) Dave=(D+d)/2
شکل-5 بوشینگ مخروطی شکل برای فرمول 7-1
(7-1) Dave=(D1+D2+d1+d2)/4
|
b |
A |
Dave |
|
0.22 |
63 |
200 |
|
0.226 |
75.8 |
300 |
|
0.229 |
78.4 |
400 |
|
0.24 |
103.2 |
500 |
|
0.24 |
115.6 |
600 |
جدول-6 طول خزش برای بوشینگها
تعداد مقره بر اساس طول خزش از روی فرمول 8-1 محاسبه می شود. این فرمول برای مقره های استاندارد است و اگر مقره ای غیر از این را استفاده کنیم باید طول خزش آن را در مخرج به جای 305 میلیمترقرار دهیم.
N=(LS×VLG)/305 (8-1)
مثال2
خط انتقالی با ولتاژ 230 کیلوولت موجود است. با آلودگی (mg/cm^2) 0.1 و مقره V شکل تعداد مقره های استاندارد برای زنجیره مقره مورد نیاز را محاسبه کنید.
جواب
بازهم حداکثر ولتاژ خط به زمین را محاسبه می کنیم:
Vn=230
Vmax=Vn+5%=242
Vmax=242/1.7= 1.139Kv
پس از آن طول زنجیره مقره را بر اساس آلودگی (جدول-2) محاسبه می کنیم:
CFO=87.6+1.96/0.1=107.2 Kv/m
V3=0.7×CFO=0.7×107.2=75 kv/m
و تعداد مقره های زنجیر مقره بر اساس آلودگی را بر اساس فرمول 1-1 به دست می آوریم:
N1=139.7/(75×0.146)=12.8
در مرحله بعدی طول خزش را از جدول-3 به دست می آوریم:
LS=52.9^0.274=28 mm/Kv
حال تعداد مقره های زنجیره مقره را بر اساس طول خزش برای مقره استاندارد به دست می آوریم. هر کدام از N1 یا N2 بیشتر بودند باید به همان تعداد مقره برای زنجیره مقره بکار ببریم:
N2=(LS×VLG)/305=(28×139.7)/12.8
همانطور که دیده می شود در هر دو حالت تعداد مقره های محاسبه شده برای یک زنجیره مقره 13 عدد بود.
اثر ارتفاع بر CFO و LS
زمانی که خطوط انتقال در ارتفاعات نصب می شوند باید پس از به دست آوردن استقامت عایقی و طول خزش از جداول مخصوص اقدام به اصلاح آنها کرد. بدین منظور ضریب ارتفاع δ تعریف می شود که باید قبل از تأثیر دادن آن را به توان 0.5 ( برای مقره های استاندارد) یا 0.8 ( برای مقره های مهی) برسانیم. خود ضریب δ بر اساس ارتفاع تعریف می شود:
δ=1.03×e (-A/8.65) (9-1)
که در فرمول 9-1 A ارتفاع از سطح دریا می باشد. پس از آن استقامت عایقی و طول خزش در ارتفاع A بر اساس فرمولهای 10-1 و 11-1 به دست می آیند.
CFOA=CFO×δm(10-1)
LSA=LS/ δm (11-1)
مثال3
برای طول خزش 20mm/Kv در ارتفاع دریا مقدار LS در ارتفاع 2000 متر چقدر است. تعداد مقره های را در ارتفاع جدید برای مقره های استاندارد و مقره های مهی بدست آورید.
جواب
ابتدا ضریب ارتفاع δ را بر اساس فرمول 9-1 به دست می آوریم:
δ=1.03×e(-2000/8.65)=0.8174
پس از آن δ را به توان 0.5 یا 0.8 می رسانیم
δm=0.904 (برای مقره استاندارد)
δm=0.851 (برای مقره مهی)
و بر اساس فرمول 11-1 طول خزش را محاسبه می کنیم:
LS=22/0.904=22.1 mm/Kv (مقره استاندارد)
LS=22/0.851=23.5 mm/Kv (مقره مهی)
در انتها، تعداد مقره های مورد نیاز برای ساختن زنجیره مقره را بر اساس فرمول 8-1 محاسبه می کنیم.
N=(139.7×22.1)/305=10.1 (مقره استاندارد)
N=(139.7×23.5)/305=10.7 (مقره مهی)
پس در ارتفاع 2000 متر برای ساختن زنجیره مقره استاندارد نیاز به 10 مقره و برای ساختن زنجیره مقره مهی به 11 مقره نیاز خواهیم داشت.
ملاحظات طراحی و ساخت ترانسفورماتورهای WTSU
مایک دیکینسون
مقدمه
تبدیل انرژی باد به توان الکتریکی یکی از صنایعی است که با سرعت در حال رشد است. تنها در آمریکا، توان حاصله از نیروگاه های بادی در 5 سال به طور متوسط گذشته 29 درصد رشد کرده است و اکنون این انرژی بیش از یک درصد انرژی مورد نیاز این کشور را تأمین می کند.
مانند دیگر سیستمهای انتقال و پخش توان الکتریکی، ترانسفورماتورهای قدرت قلب تولید انرژی توسط نیروگاه های بادی هستند. طراحی اولیه یک ترانسفورماتور می تواند در سوددهی نیروگاه های بادی تأثیری به سزا داشته باشد و بنابر این فرض می شود که طراحی و ساخت ترانسفورماتورها ، به ویژه برای استفاده در نیروگاه های بادی شامل ترانسفورماتورهای افزاینده توربینهای بادی، اهمیتی حیاتی دارد.
با اینکه تکنولوژی تهیه انرژی از باد در چند سال گذشته بهبود بسیار یافته است، چند مشکل مهم در طراحی، کنترل و بهره برداری هنوزهم حل نشده باقی مانده اند. اگر این موارد به صورتی شایسته در زمان صحیح عنوان نشوند، ممکن است که موجب اختلال های زیادی در سیستم ،به ویژه هنگامی که نیروگاه به شبکه سراسری متصل می شود، بشوند.
توربین بادی
توربین بادی نشانه ای برجسته از بازار بزرگ انرژی های قابل تجدید می باشد. باد پره های توربین را می چرخاند، که آن هم محور یک ژنراتور را به حرکت در می آورد و برق تولید می کند. یک ترانسفورماتور محلی برای افزایش ولتاژ تولید شده لازم است تا برق از طریق خطوط انتقال و توزیع به مصرف کننده عمومی انتقال یابد. این توربینها عموما هنگامی که سرعت باد در حدود 8 مایل بر ساعت یا بیشتر است برق تولید می کنند. هنگامی که سرعت باد از 55-60 مایل بر ساعت بیشتر می شود این توربینها به دلایل امنیتی خاموش می شوند. توربینهای بادی مدرن معمولا از یک روتور و 3 پره بلند استفاده می کند که قطری بین 40 تا 80 متر دارند تا بتوانند بیشترین انرژی ممکن را از باد دریافت کنند. پره ها را در زوایای مختلف قرار می دهند تا بتوانند خود را با سرعتهای مختلف باد هماهنگ کنند، و ژنراتور و پره های می توانند برای قرارگرفتن در جهت صحیح باد بچرخند. توربین های بادی بر روی برجهایی با ارتفاع 40 تا 100 متر نصب می گردند تا بتوانند از باد قدرت بگیرند. این توربینها در اندازه های مختلف ساخته می شوند و می توانند در تأسیسات بزرگ و کوچک به کار گرفته شوند. یک توربین کوچک ،با توانی در حدود 300 کیلووات، را می توان برای مصارف گوناگونی چون شارژ باتری، برق رسانی به خانه های موقت، ایستگاه های تلفن سیار، مزارع یا کارخانه ها بکار گرفت. توربینهای بکارگرفته شده در نیروگاه های بادی ممکن است که با ظرفیت 500 کیلووات با بیشتر باشند. این توربینها اغلب در مزارع بادی یا نیروگاه های بادی برای تغذیه برق شبکه کنارهم نصب می شوند. با نصب یک مزرعه بادی امکان دارد تا برق به صورت اقتصادی تری و با ظرفیت بیشتر تولید شود. این امر همچنین تعمیرات و بهره برداری از آنها را مقرون به صروف می سازد.
چرا ترانسفورماتورهای افزاینده؟
یک ترانسفورماتور افزاینده جهت توربین بادی (WTSU) نقشی حیاتی در تبدیل سطح ولتاژ خروجی توربین به سطح انتقال و عبور از شبکه های انتقال تا رسیدن به مصرف کننده بازی می کند. ولتاژ خروجی توربینهای بادی نوعا بین 480 تا 690 ولت است. این ولتاژ به ترانسفورماتور WTSU داده میشود و به ولتاژی بین 13.8 تا 46 کیلوولت تبدیل می شود. نقش این ترانسفورماتورهای حیاتی است و لازم است که طرحی قوی داشته باشند. ترانسفورماتورهای امروی باید از پس نیازهای مختلفی چون مسائل زیر برآیند:
- بارهای گوناگون و مختلف.
- بارهای دارای هارمونی و غیرسینوسی تولید شده توسط عناصر کنترلی الکترونیک و ژنراتورها.
- حفاظت در برابر ولتاژ بالا/پایین یا اضافه بار.
- توانایی تحمل جریانهای گذارا و خطاها.
نیاز به طراحی مخصوص و ملاحظات ساخت
محلهای دارای باد مناسب اغلب در مکانهای دورافتاده هستند و مقادیر مختلفی از انرژی را دریافت می کنند. این عوامل باد را به یک منبع انرژی به شدت دارای نوسان تبدیل کرده است که خروجی آن می تواند تا 25 درصد بازی کند. در حدود 10 درصد از زمان کار توربین، باد می تواند توربین را با 5 تا 20 درصد ظرفیت نامی اش به حرکت درآورد. این تغییرات می تواند تأثیر منفی بر روی شبکه بگذارد. ترانسفورماتورهای توزیع و ترانسفورماتورهای قدرت معمولا در حوالی بار کامل خود بکارگرفته می شوند. این چنین است که فشارهای حرارتی بر روی عایقهای این نوع ترانسفورماتورها طبیعتا بیشتر می شود. ترانسفورماتورهای WTSU دچار چنین اشکالی نمی شوند اما بار متغیر آنها مشکلات دیگری را برایشان ایجاد می کند مانند:
تلفات هسته
تلفات هسته می تواند به صورت یک عامل مهم اقتصادی در زمانی که ترانسفورماتورها بی بار هستند یا بارکمی دارند درآید. استفاده از ترانسفورماتور با 30 تا 35 درصد بار کامل فرمولهای معمولی تخمین قیمت را به هم می ریزد.
نوسانات حرارتی
کم و زیاد شدن بار فشار حرارتی زیادی را به سیم پیچهای ترانسفورماتور، سازه های نگهدارنده، درزگیرها و نشت بندها وارد می کند. همچنین، نوسانات حرارتی موجب ایجاد گاز نیتروژن در روغن ترانسفورماتور شده که در زمان خنک شدن روغن به صورت حباب در آمده و در اطراف عایقها و سیم پیچها تجمع می کنند که سبب تخلیه جزئی و خراب شدن عایقها می شوند. ترانسفورماتورهای توزیع و قدرت نمی توانند با این مشکل به خوبی رویاروی شوند و حوادث ناشی از عایقها در آنها دیده می شود.
راه حل: ترانسفورماتورها سفارشی ساخته شوند
یک ترانسفورماتور سفارشی برای نیروگاه بادی می تواند از ابتدا با در نظر گرفتن مشکلات خاص این نیروگاه ها طراحی شود. استفاده از هسته های صلیبی شکل، سیم پیچ ها و سازه ی قوی تر، درزگیرها و نشت بندهای مخصوص و ابزارهای حفاظتی که از ایجاد نقاط داغ و در نتیجه تخلیه جزئی جلوگیری می کنند می توانند سبب افزایش طول عمر ترانسفورماتور و بهبود کارایی آن شوند.
مانند بیشتر ترانسفورماتورهای یکسوساز، ترانسفورماتورهای WTSU باید برای مقابله با هارمونیها و اضافه بار طراحی شوند تا از انتقال هارمونی ها بین اولیه و ثانویه ترانسفورماتور جلوگیری کنند.
مترجم رضا کیانی موحد
منبع
http://ezinearticles.com/?Design-and-Construction-Considerations-For-WTSU-Transformers&id=3529140
کمبودهایی در استانداردهای حفاظتی تولید پراکنده؛قسمت چهارم
مشکل چهارم: بحث اندک درباره استفاده از جریان خطای نیروگاه محلی برای حفاظت اتصال به شبکه
ژنراتورهای القایی تنها دو یا سه سیکل از جریان خطا را برای خطاهای بیرونی ایجاد می کنند. ماشینهای سنکرون کوچک نوعا پس از اینکه بریکرهای اتصال به شبکه سراسری تریپ دادند آنچنان دچار اضافه بار می شوند که جریان خطای شان قابل صرف نظر کردن است. این ژنراتورها به رله خاصی جهت تشخیص خطای برگشت توان نیاز ندارند. برای این ژنراتورهای کوچک استفاده از رله های 81O/U یا 27/59 برای کشف غیر موازی بودن شان با شبکه سراسری ضروری است.
ژنراتورهای سنکرون بزرگتر شانس بیشتری برای ایجاد یک جریان تأثیر گذار بر روی سیستمهای حفاظتی شبکه سراسری دارند. نوعا یک رله 51-V، 21-V یا –V67 می تواند برای کشف منبع چنین خطایی و جداکردن نیروگاه محلی از شبکه سراسری مورد استفاده قرار گیرد.
نصب وسیله ای برای برداشتن خطای برگشت توان باید در سمت اولیه ترانسفورماتور اتصال نیروگاه محلی به شبکه سراسری انجام شود. برای یک ترانسفورماتور با اولیه زمین شده، یک رله اضافه جریان نول N51 یا یک رله جهت دار زمین N67 باید انتخاب شود. برای ترانسفورماتورهای زمین شده یک رله اضافه ولتاژ N59 یا N27 می تواند منبع تولید خطا را آشکار کند.
سیم پیچ اولیه ترانسفورماتورهای ولتاژی (PT) که برای تغذیه این رله ها انتخاب می شود باید از یک طرف به خط و از طرف دیگر به نول وصل شود. این ترانسفورماتورهای ولتاژ معمولا با ولتاژ خط به خط مشخص می شوند. بعضی از شبکه ها از یک ترانسفورماتور ولتاژ تکی به همراه رله های 59N و 27N استفاده می کنند یا از سه ترانسفورماتور ولتاژ که به صورت مثلث باز آرایش داده شده اند. تصویر 6 حفاظت یک نیروگاه محلی را به همراه ترانسفورماتور اتصال زمین نشده نشان می دهد.
تصویر6- یک رله چند کاره می تواند از چهار خطای مشترک برای ژنراتورهای متوسط که از طریق ترانسفورماتورهای زمین نشده به شبکه سراسری متصل شده اند جلوگیری کند.
مشکل پنجم: عدم کشف شرایط آسیب رسان
وضعیت جریان نامتعادل که از بازشدن مدار سلفها یا برگشت فاز در تغذیه شبکه ایجاد می شود می تواند در یک نیروگاه محلی سبب ایجاد جریانهای توالی منفی با دامنه بالا شود. عملکرد یک وسیله حفاظتی تک فاز (مانند فیوزها و یا وصل کننده خودکار خطوط) در شبکه توزیع نیز می تواند به مشکل بالا منجر شود. جریان زیاد توالی منفی حرارت روتور ژنراتورهای محلی را به سرعت بالا می برد و آسیبهای زیادی به دستگاه وارد می سازد.
بسیاری از شبکه ها از رله ی جریان بالای توالی منفی (46 relay) برای حفاظت در برابر جریانهای نامتعادل در محل اتصال به نیروگاه محلی استفاده می کنند. تعداد اندکی هم از رله توالی منفی ولتاژ (47 relay) برای حفاظت در برابر برگشت فاز ناشی از "تعویض فاز" غیرعمدی پس از وصل مجدد شبکه استفاده می کنند.
یک وضعیت آسیب زننده ی دیگر که می تواند برای ژنراتورهای سنکرون روی دهد از دست رفتن سنکرونیسم با شبکه به علت طولانی شدن رفع خطا در شبکه سراسری است. موتورهای رفت و برگشتی (پیستونی) مخصوصا در برابر این مشکل آسیب پذیرتر هستند چرا که اینرسی کمی دارند. چنین وضعیتی می تواند به آسیب فیزیکی محور آنها بیانجامد.
موتورهای پیستونی زمانی که توان الکتریکی ژنراتور و توان مکانیکی خروجی موتور به صورت ناگهانی نامتعادل شوند از سنکرونیسم خارج می شوند. توان الکتریکی خروجی به وسیله یک اتصال کوتاه سخت(معمولا سه فاز) ،که دیر برداشته شود، می تواند ناگهان کاهش یابد در حالی که در طی زمان خطا توان مکانیکی خروجی ثابت باقی می ماند. یک عدم تعادل بزرگ بین توان الکتریکی و توان مکانیکی سبب می شود تا ژنراتور سرعت بگیرد و از وضعیت سنکرون خارج شود.
برای روشن شدن این وضعیت، یک خطا در کنار ترانسفورماتورهای هوایی مجهز به وصل کننده مجدد را در نظر بگیرید. معمولا، تریپ وصل کننده مجدد دارای تأخیری است تا با فیوزها هماهنگی ایجاد شود. تریپ بریکر ایستگاه نیز دارای تأخیر است تا با وصل کننده ها هماهنگی ایجاد شود. در نتیجه، ژنراتورهای نیروگاه محلی یک ولتاژ کاهش یابنده را تجربه می کنند درحالیکه از شبکه جدانشده اند. به دلیل ثابت ماندن فرکانس در ژنراتورهای محلی رله فرکانس پایین تریپ نخواهد داد. رله ولتاژ پایین مشکل را کشف می کند اما نمی تواند با سرعت کافی تریپ دهد تا از غیرسنکرون شدن ژنراتورها جلوگیری کند. یک رله اختصاصی برای کشف آسنکرون شدن (78 relay) می تواند برای حفاظت ژنراتور از چنین مشکلی نصب شود. چنین حفاظتی نیز توسط رله های دیجیتال چند کاره قابل دستیابی است.
طرح اولیه استاندارد IEEE 1547 شامل یک فصل مهم در اینباره بود اما این فصل در طی تصویب نهایی حذف شد. قانون 21 کالیفرنیا حفاظت در برابر آسنکرون شدن را برای ژنراتورهای سنکرونی که آنقدر بزرگ باشند که بتوانند ده درصد از کل جریان خطا را در سمت فشار قوی ترانسفورماتور اتصال به شبکه تأمین کنند سفارش می کند. این قسمت هم البته بعدا از قانون 21 حذف شد. عدم سنکرونیسم و آسیب به محور درحقیقت بزرگترین نگرانی مهندسینی که مسئول طراحی اتصال ژنراتورهای با موتور پیستونی به شبکه هستند را تشکیل می دهد.
مشکل ششم: مشخصه وصل مجدد ناکافی
پس از اینکه مدارات حفاظتی ترانسفورماتور اتصال به شبکه ژنراتور محلی را از شبکه سراسری جداکردند اتصال به شبکه باید مجددا برقرار شود. دو روش تریپ/ وصل مجدد برای وصل نیروگاه های محلی به شبکه به صورت گسترده تری استفاده می شوند. اولین روش نوعا در جایی بکار می رود که ظرفیت تولید ژنراتورهای محلی با مصرف محلی مطابقت نداشته باشد. در این موارد حفاظت ترانسفورماتور اتصال به شبکه بریکر ژنراتورها را تریپ می دهد(تصویر7). برای وصل مجدد بریکر ژنراتور باید به صورت خودکار سنکرون شود.
تصویر7- وصل مجدد نیروگاه محلی به شبکه پس از تریپ نیازمند وصل بریکرها در زمان سنکرون بودن هستند.
بسیاری از تأسیسات نیاز به نصب رله چک کردن سنکرونیسم (25) در بریکر اصلی هستند تا از آسنکرون بودن ژنراتور در زمان وصل مجدد به شبکه جلوگیری کند. این رله نوعا به رله منطقی ولتاژ پایین "باس مرده" مجهز هستند که در زمان خاموشی باس نیروگاه محلی فرمان وصل مجدد را صادر کند.
روش دوم در جایی استفاده می شود که توان خروجی نیروگاه محلی به اندازه بارهای محلی باشد. در این مورد، حفاظت اتصال به شبکه بریکر اصلی ورودی برق از شبکه را تریپ می دهد. بسیاری از نیروگاه های محلی در کارخانه های پتروشیمی و کاغذسازی از رله های داخلی فرکانس پایین تقسیم توان برای موازنه بارهای محلی با ظرفیت ژنراتورهایشان پس از اتصال به شبکه سراسری استفاده می کنند. سنکرون کردن مجدد این نیروگاه ها با شبکه نیاز به رله های سنکرونیسم پیچیده تری دارد که بتوانند همزمان زاویه فاز و همچنین تفاوت فرکانس لغزش و ولتاژ بین شبکه و نیروگاه محلی را اندازه گیری کنند. این نوع رله ها نوعا به صورت اتوماتیک یا دستی بر وضعیت نظارت می کنند و وصل مجدد را فرمان می دهند.
مترجم: رضاکیانی موحد
منبع:
http://www.powermag.com/instrumentation_and_controls/DG-interconnection-standards-remain-elusive_351_p4.html