کمبودهایی در استانداردهای حفاظتی تولید پراکنده؛قسمت چهارم

قسمت اول
قسمت دوم
قسمت سوم
چارلز جی. موزینا از شرکت بکویث الکتریک

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

کمبودهایی در استانداردهای حفاظتی تولید پراکنده ؛قسمت سوم

قسمت اول
قسمت دوم
چارلز جی. موزینا از شرکت بکویث الکتریک

مشکل سوم: بحث ناکافی درباره گزینه های حفاظت اتصال به شبکه

سطوح عملکرد حفاظت اتصال نیروگاه محلی به شبکه سراسری بسیار گسترده بود و به عوامل زیادی چون توان ژنراتورها، محل اتصال شبکه به نیروگاه محلی (پخش یا زیر توزیع)، نوع ژنراتور( القایی، سنکرون، آسنکرون) و پیکربندی ترانسفورماتور اتصال به شبکه بستگی دارد. نیازمندی های حفاظتی می توانند با رسیدن به اهداف ویژه یک سیستم حفاظتی تعریف شوند. غیر از یک بحث ساده درباره روشهای کشف غیر موازی شدن ژنراتورها با شبکه، استانداردها درباره موارد حفاظتی مانند پخش بار غیرعادی، شرایط سیستم آسیب دیده، وصل مجدد به شبکه چیزی نمی گویند.

ساده ترین و معمول ترین راه برای کشف غیرموازی شدن ژنراتورهای نیروگاه محلی با شبکه سراسری استفاده از یک رله فرکانس بالا/پایین (81 O/U) و یک رله ولتاژ بالا/پایین (27/59) است. هنگامی که نیروگاه محلی با شبکه غیرموازی می شود، به خاطر خطاها یا دیگر شرایط غیرعادی، اگر تفاوت زیادی بین بار و خروجی ژنراتورها باشد فرکانس و ولتاژ بلافاصله از محدوده مجاز خارج می شوند.

اگر بار و توان خروجی ژنراتور در هنگام جداشدن نزدیک به هم باشند ولتاژ و فرکانس ممکن است که در محدوده نرمال باقی بمانند و رله های فرکانس و ولتاژ عمل نکنند. اگر امکان این اتفاق وجود داشته باشد لازم است که از تریپ انتقالی و ارتباطات واسط قابل اطمینان استفاده شود.

 هنگامی که غیر موازی شدن ژنراتورها با شبکه کشف شد باید بلافاصله ژنراتورهای محلی از شبکه جدا شوند و اجازه دهند که فیدرهای شبکه در ایستگاه به صورت خودکار وصل شوند. وصل مجدد با سرعت بالا در شبکه می تواند 15 تا 20 سیکل پس از تریپ دادن فیدرهای ایستگاه صورت پذیرد. شبکه باید صاحب نیروگاه محلی را از نیاز به سرعت قطع بالا آگاه گرداند. اگر زمان تریپ فرکانس پایین به طول انجامید ممکن است که لازم باشد یک رله ناظر بر ولتاژ و وصل مجدد با چک کردن سنکرونیسم به ایستگاه اضافه شود. تصویر 3 چنین ترتیباتی را نشان می دهد که به فیدر ایستگاه اجازه وصل مجدد قبل از جدا شدن ژنراتورهای محلی را نمی دهد. تصویر 4 یک شمای ساده از رله های فرکانس بالا/پایین و ولتاژ بالا/پایین نوعی را نیروگاه های محلی کوچک نشان می دهد. عملکردهای ساده حفاظتی می توانند به وسیله یک رله دیجیتال چندکاره اجراشوند.

تصویر 3- اضافه کردن رله نظارت ولتاژ و وصل کننده مجدد با چک کردن سنکرونیزم به ایستگاه.

تصویر 4- یک راه حل ساده حفاظتی با استفاده از یک رله چند کاره.

استفاده از رله فرکانس پایین ،همراه با نیاز به جداشدن نیروگاه محلی از شبکه قبل از اینکه فیدر شبکه مجددا وصل شود، مانع از این می شود که بیشتر نیروگاه های محلی در طی اختلالهای بزرگ در شبکه به کمک شبکه بیایند. هنگامی که به دلیل یک اختلال عمده فرکانس شبکه پایین می آید این ژنراتورها تریپ خواهند شد. این امر ممکن است به دلیل ستینگ پایین فرکانس برای همراهی با نیازهای مصرف کننده های داخلی باشد اما زمان مورد نیاز برای تریپ معمولا از زمان وصل مجددخودکار تجاوز نمی کند. اگر همانطور که بعضی پیش بینی کرده اند بار تغذیه شده توسط نیروگاه های محلی بیش از افزایش مصرف 10 سال آینده باشد نیاز به ژنراتورهای محلی برای پشتیبانی از شبکه اصلی بیشتر حیاتی خواهدشد.

یک راه برای تخفیف دادن این مشکل استفاده از حفاظت نرخ تغییرات فرکانس (81R relay) است. این روش به صورت گسترده ای درخارج از آمریکا ( به جای یا به همراه رله فرکانس پایین(81 relay)  ) برای کشف غیرسنکرون شدن نیروگاه محلی مورد استفاده قرارمی گیرد. این روش مزیت تریپ دادن سریعتر را برای بارهای سنگین نیروگاه محلی دربردارد در حالیکه اجازه می دهد تا زمانی که فرکانس به آرامی در شبکه افت می کند نیروگاه محلی به شبکه متصل باقی بماند.

 قانون 21 کالیفرنیا استفاده از رله جهت دار توان  (32 relay)را  به منظور کشف غیرموازی شدن نیروگاه محلی با شبکه اجباری می داند. این تمهید تنها برای نیروگاه های محلی درنظر گرفته شده است که برای مصرف بار پیک شبکه یا پخش بار در نظر گرفته شده اند و توان را به شبکه بازنمی گردانند. این رله درجایی نصب می شود که حداقل توان بار محلی 50 درصد یا کمتر از ظرفیت ژنراتورهای محلی باشد. نوعا، در نیروگاه محلی یک رله 32 نصب می شود تا هنگامی که پخش بار به سوی باس ژنراتور به زیر 5 درصد ظرفیت ژنراتور برسد عمل کند. تصویر 5 چنین ترکیبی را نمایش می دهد. استاندارد 1547 این گزینه را برای کشف غیرسنکرون شدن ژنراتورهای نیروگاه محلی با شبکه سراسری مورد بحث قرار نمی دهد.

تصویر 5- قوانین ساحل غربی استفاده از رله توان جهت دار برای کشف غیرسنکرون شدن ژنراتورهای نیروگاه محلی از شبکه سراسری را اجباری می داند. 

منبع: 

http://www.powermag.com/instrumentation_and_controls/DG-interconnection-standards-remain-elusive_351_p3.html

چارلز جی. موزینا از شرکت بکویث الکتریک 

مترجم رضاکیانی موحد

کمبودهایی در استانداردهای حفاظتی تولید پراکنده ؛قسمت دوم

قسمت اول

چارلز جی. موزینا از شرکت بکویث الکتریک 

مترجم رضاکیانی موحد

مشکل اول

ناکافی بودن یک دستورالعمل عمومی برای زمین کردن ترانسفورماتورهای اتصال به شبکه.

استانداردها پیچیده بودن پی آمدهای ناشی از اضافه ولتاژهایی که به دلیل زمین کردن ترانسفورماتورهای اتصال نیروگاه محلی به شبکه سراسری ایجاد می شوند را چنین توضیح می دهد: " الگوی زمین کردن ترانسفورماتور اتصال به شبکه نباید به گونه ای باشد که اضافه ولتاژها از ولتاژ نامی تجهیزات شبکه بیشتر شوند و یا هماهنگی رله های حفاظتی را از بین ببرند." فقدان جزئیات اجرایی، یک نقطه ضعف اساسی در استانداردها محسوب می شود. شبکه و نیروگاه محلی بیشتر از دو گزینه برای سیم پیچ اولیه ترانسفورماتورهای اتصال ندارند؛ اولیه زمین شده یا اولیه زمین نشده.

الف)سیم پیچ اولیه زمین نشده.

بزرگترین نگرانی از اتصال ترانفسورماتور با سیم پیچ زمین نشده در این است که هنگامی که فیدر A (تصویر 2) به دلیل اتصال کوتاه در محل F1 تریپ می دهد تمامی سیستم بدون زمین می شود. این موضوع در ترانسفورماتورهای هوایی و برقگیرهای متصل به آنها اضافه ولتاژی در فازهایی که بدون اشکال بوده اند ایجاد می کند که می تواند به ولتاژ خط به خط نزدیک باشد. این وضعیت هنگامی بدتر می شود که در زمان تریپ دادن فیدر A توان خروجی ژنراتورهای نیروگاه محلی نزدیک به بار فیدر باشند. در نتیجه این اضافه ولتاژ سبب می شود که ترانسفورماتورهای هوایی ، که به صورت معمولی در پاشنه منحنی اشباع هستند، به سرعت به ناحیه اشباع بروند.

بسیاری از شبکه ها تنها زمانی از ترانسفورماتورهای بدون اتصال زمین استفاده می کنند که در زمان تریپ دادن فیدر A 200% یا بیشتر اضافه بار برای نیروگاه محلی اتفاق بیافتد. در طی اتصال زمین یک فاز، این اضافه بار به ولتاژ فازهای دیگر اجازه نمی دهد که از ولتاژ فاز به نول نامی شبکه خیلی بیشتر شوند و از به اشباع رفتن ترانسفورماتورهای هوایی جلوگیری می کند. به همین دلیل، سیم پیچ اولیه زمین نشده معمولا برای تولید کننده های کوچک ،جایی که اضافه بارها دست کم 200% مقدار مورد انتظار هستند، اختصاص داده می شود.

ب)سیم پیچ اولیه زمین شده.

 این انتخاب دو نقطه ضعف عمده دارد: اول اینکه یک جریان زمین ناخواسته تولید می کند که برای تغذیه مدارات حفاظت زمین مشکل ایجاد می کند و دوم اینکه جریانی که از فیدر A می گذرد را کاهش می دهد. این امر ممکن است که هماهنگی بین رله ها را از بین ببرد. موارد زیر را در نظر بگیرید:

• ·   اگر محل خطای اتصال به زمین دور از فیدر باشد کاهش جریان اتصال کوتاه ممکن است که از عمل کردن رله پست توزیع جلوگیری کند. در این صورت، شبکه سراسری ناچار است تا برای کشف خطاهای دور از فیدر از وصل مجدد خودکار استفاده کند.

  ·   اگر شبکه برای حفاظت از فیوز استفاده کند کم شدن جریان منبع و افزایش جریان فیوز به همین نتیجه منفی منتهی می شود: از بین رفتن هماهنگی بین رله های حفاظتی.

  ·   اگر اتصال کوتاه به زمین در نزدیکی فیدر اتفاق بیافتد (نقطه F2 در تصویر2) جریان زمینی که از باسهای پست توزیع عبور می کند می تواند هماهنگی رله ها را از بین ببرد و سبب قطع ناخواسته بریکر A بشود. برای اجتناب از این وضعیت، ممکن است تا ناچار شویم در بریکر A از رله های جریان بالا جهت دار استفاده کنیم که در این صورت این رله ها تنها به خطاهای اتفاق افتاده در فیدرA پاسخ خواهند داد.

1-اتصال ستاره(اولیه)/ مثلث (ثانویه) ترانسفورماتور اتصال با ستاره زمین شده.

برای استفاده از این اتصال لازم است به خاطر داشته باشیم که حتی اگر هنگامی که نیروگاه محلی خاموش است (بریکرهای ژنراتور بازهستند)، اگر ترانسفورماتور اتصال به شبکه وصل باشد ممکن است تا جریان خطای زمین در شبکه ایجاد شود. این امر عادی است چرا که نوعا حفاظت اتصال به شبکه، بریکر ژنراتور را تریپ می دهند. ترانسفورماتورهای پخش شده در نیروگاه محلی (برای مصرف کننده های داخلی) مانند یک ترانسفورماتور زمین با جریان توالی صفر که در سیم پیچ های مثلث شده ثانویه می چرخند عمل می کنند. علاوه بر این مشکلات، بارهای نامتقارن ،که مقدم بر ترانسفورماتور اتصال به شبکه هستند، از طریق زمین این ترانسفورماتور به زمین بازمی گردند و این در حالی است که زمینهای بین ترانسفورماتورهای مصرف محلی و ترانسفورماتور اتصال به شبکه از همدیگر جدا شده اند. این امر می تواند ظرفیت تغذیه بارها را برای ترانسفورماتورهای محلی کاهش دهد و هنگامی که جریان تغذیه فازها به دلیل عملکرد وسایل حفاظتی مانند فیوزها و وصل مجدد خودکار غیرمتعادل می شود مشکل ساز شود. اگر چه اتصال ستاره زمین شده/ مثلث به صورت عمومی برای اتصال ژنراتورهای بزرگ به شبکه سراسری مورد استفاده قرار می گیرند زمانی که برای پخش از روشهای چهار سیمه استفاده کنیم می توانند مشکلات عدیده ای ایجاد کنند.

2-اتصال ستاره(اولیه)/ ستاره (ثانویه) ترانسفورماتور اتصال به شبکه با نقطه نول زمین شده برای هر دو طرف.

بزرگترین نگرانی در هنگام استفاده از اتصال ترانسفورماتور اتصال به شبکه با اولیه و ثانویه ستاره زمین شده نیز ایجاد یک جریان زمین ناخواسته برای رله های شبکه ،مانند آنچه در بخش قبل توضیح دادیم، می باشد. این امر حساسیت رله های پست توزیع را برای پاسخ به خطای اتصال زمین در ثانویه ترانسفورماتور نیروگاه محلی (نقطه F3 در تصویر2) را بالاتر می برد. این امر می تواند سبب شود تا شبکه ناچار جریان نمونه گیری برای رله هایش را افزایش دهد یا برای ایجاد هماهنگی بین رله ها یک تأخیر زمانی درنظر بگیرد. کاهش حساسیت و یا سرعت پاسخ رله ها ممکن است که در هنگام اتصال کوتاه سبب آسیب دیدن خود فیدر شود.

مشکل دوم

عدم توجه به تشدید آهنی (تشدید غیرخطی یا ferroresonance)

پدیده خود تحریکی ژنراتورهای القایی سالها است که شناخته شده است. این امر زمانی اتفاق می افتد که یک ژنراتور ایزوله به وسیله یک خازن هم اندازه یا بزرگتر از رآکتانس مورد نیاز به یک سیستم وصل می شود. بسته به به اندازه خازن و توان مصرف کننده ها ممکن است که ولتاژ ژنراتور به 1.5 تا 2 برابر مقدار نامی برسد.

ترکیب مشکل ژنراتورهای ایزوله با سیستمهای توزیع دارای بانک خازنی ممکن است که سبب پدیده بی مانندی تشدید آهنی شود که در ژنراتور القایی اتفاق نمی افتد ولی در ماشین های سنکرون ممکن است بوجود آید. ممکن است که ولتاژ تا 3 پریونیت افزایش پیداکند. شارژ و دشارژ خازن از طریق سیم پیچهای غیرخطی ترانسفورماتور اتصال به شبکه این ولتاژ اضافی را ایجاد می کند.

این تشدید با تشدید آهنی معمولی که به دلیل سوئچینگ در شرایط بارهای غیرمتعادل ایجاد می شود تفاوت دارد. اگر تمام شرایط زیر برقرار باشند تشدید آهنی ممکن است روی دهد:

• ·        ژنراتور محلی باید از شبکه سراسری جدا (ایزوله) باشد.

  ·        بار مصرف داخلی باید از یک سوم توان نامی ژنراتور کمتر باشد.

  ·        ظرفیت سیستم باید بیشتر از 25 درصد و کمتر از 500 درصد توان نامی ژنراتور باشد.

  ·        یک ترانسفورماتور باید وجود داشته باشد که شرایط غیرخطی را فراهم کند.

اما چنین اضافه ولتاژی را چگونه می توان کاهش داد؟ مطالعات نشان می دهند که ژنراتورهای القایی و سنکرون و تمام ترانسفورماتورهای اتصال استعداد دارند در این چرخه بحرانی وارد شوند. برقگیرها پیک موج ولتاژ را خواهند گرفت اما آنها نمی توانند تشدید آهنی را متوقف کنند و ممکن است که آسیب ببینند. برقگیرهای متال-اکساید ممکن است که شانس بیشتری برای نجات داشته باشند. بهترین راه حل عملی در این موارد تریپ دادن ژنراتور برای از بین بردن منبع ولتاژ ناخواسته است. البته تریپ دادن ژنراتور در عمل به سادگی گفتن آن نیست چرا که موج ولتاژ این تشدید غیرسینوسی است و بیشتر رله های دیجیتال امروزی تنها می توانند اضافه ولتاژهای سینوسی 50 یا 60 هرتز را تشخیص دهند. یک شرکت سازنده رله به این مشکل اشاره کرده اگرچه یک رله اضافه ولتاژ (رله I 59) وظیفه حفاظت در برابر پیک اضافه ولتاژ را برعهده دارد. 

منبع: 

http://www.powermag.com/instrumentation_and_controls/DG-interconnection-standards-remain-elusive_351_p2.html

کمبودهایی در استانداردهای حفاظتی تولید پراکنده ؛قسمت اول

چارلز جی. موزینا از شرکت بکویث الکتریک

منظور از تولید پراکنده در این سلسله مقالات DG یا همان نیروگاه های کوچک محلی است که اغلب برای تولید برق کارخانجاتی مانند ذوب آهن و ... بکار می روند. سیاسیتهای جدید در حوزه انرژی سعی در یکپارچه کردن این تولیدهای پراکنده در شبکه های سراسری دارد. درمتن ترجمه شده گاه از اصطلاح "تولید پراکنده" و گاه از "نیروگاه محلی" استفاده کردیه ایم. رضاکیانی

آوریل امسال (2007 میلادی)، دپارتمان انرژی ایالات متحده گزارشی با عنوان "مزایای بالقوه تولید پراکنده و بخشنامه هایی که ممکن است با گسترش آن در تضاد باشند" منتشر کرد. این گزارش تصریح می کند:" در بعضی موارد، مقررات و نیازمندی های اتصال به شبکه سراسری بیش از حد سختگیرانه و زمان بر بوده و هزینه زیادی بر پروژه های تولید پراکنده تحمیل می کنند." این گزارش با مشاوره کمیسیون رگولاتوری انرژی فدرال به عنوان فرمانی تحت قانون سیاستگذاری انرژی 2005 برای دپارتمان انرژی تهیه شده است تا مزایای بالقوه همکاری در تولید برق و تولیدکننده های کوچک مشخص شود و موانعی که ممکن است بر سر راه تولید پراکنده باشد بر طرف کند.

بر اساس این گزارش 30 سال پس از تصویب سیاستهای رگولاتوری شبکه های عمومی در سال 1978، اتصال یک نیروگاه کوچک به شبکه سراسری هنوز هم در بسیاری از ایالات با مشکلات حادی مواجه است. به دلیل فقدان استانداردهای مورد نیاز در نیروگاه ها، بسیاری از صاحبان نیروگاه های کوچک (کمتر از 10 مگاوات) با هزینه های زیاد و تبعیض هایی مواجه هستند که آنها را با منابع اندک مالی و صورت حسابهای سنگین تنها رها می کند. این گزارش همچنین می گوید:" هیچ مدل، ابزار یا تکنیک استانداردی برای ارزیابی تولیدکنندگان کوچک و داخل کردن آنها در برنامه ریزی ها و عملیات شبکه سراسری وجود ندارد."

استانداردهای ناقص

تا کنون چند استانداردهای برای اتصال نیروگاه های کوچک به شبکه سراسری توسط نهادهای زیر ارائه شده اند:

·        آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده

·        مدل اتصال تولید پراکنده تولید کننده ها و توافق منتشر شده در 2002

·        انجمن ملی رگولاتوری شرکتهای برق. شورای انرژی بین ایالتی (2005)

·        انجمن ملی همکاریهای برقی روستایی

شناخته شده ترین و مورد قبول ترین این استانداردها، استاندارد IEEE1547 است که با عنوان "استانداردهای اتصال منابع پراکنده به سیستمهای قدرت" در سال 2003 منتشر شد. استاندارد 1547 راهنمای همه گروه های درگیر است چرا که این استاندارد توسط انیستیتو استاندارهای ملی آمریکا بازبینی و بهبود یافته  و شامل یک چارچوب واقع گرایانه از قوانین و نیازمندی هاست. اهداف بیان شده این استاندارد به عنوان یک سند منحصر به فرد از استانداردهای فنی برای اتصال نیروگاه های کوچک، نیازمندی های صاحبان آنها و شرکتهای برق می باشد. به دلیل تفاوت استاندارد هر ایالت با ایالتهای دیگر گسترش این استاندارد به کندی پیش می رود. کالیفرنیا و نیویورک قابل ذکرترین این استثناءات هستند.

تمام استانداردهایی که در بالا ذکر شده اند مشخص می کنند که عملکرد اصلی حفاظت در اتصال به شبکه جلوگیری از جزیره ای شدن شبکه با کشف ژنراتورهای آسنکرون شده نیروگاه های کوچک می باشد. به عبارت دیگر، تعیین جایی که ژنراتور دیگر به صورت موازی با شبکه کار نمی کند به صورت حیاتی مهم است.

در طراحی حفاظت همچنین باید موارد زیر را نیز در نظر گرفت:

·        قطع نیروگاه محلی هنگامی که ژنراتورهای آن دیگر به صورت موازی با شبکه کار نمی کنند.

·   حفاظت شبکه از آسیبهایی که از اتصال به نیروگاه محلی ناشی می شوند. در میان این گونه آسیبها می تواند به ولتاژهای گذرا و جریان خطای تغذیه شده توسط ژنراتورهای کوچک اشاره کرد. این اتفاقات می توانند تجهیزات شبکه را آسیب برسانند یا هماهنگی رله ها را از بین ببرند و به قطعی غیرضروری شبکه سراسری بیانجامند.

·        حفاظت نیروگاه محلی از آسیبهایی که ناشی از شبکه هستند به ویژه کلیدزنی های خودکار شبکه.

اگرچه استانداردها بر روی این موارد تأکید می کنند اما بازهم نقاط ضعفی در استانداردها وجود دارد که یک طراح خوب باید به آنها دقت کند. کسانی که به فکر توسعه تولید پراکنده هستند باید با جدیت پیشنهادهای فنی که در زیر آمده است را مدنظر قراردهند. قبل از اینکه طراحان شبکه با طرحی از اتصال شبکه سراسری با نیروگاه محلی شما نزدتان بیایند خودتان باید برای یافتن راه حلهایی برای رفع این نواقص پیشگام شده باشید. بدین منظور،چند راهکار برای پوشش دادن نواقص IEEE1547 بررسی می شوند.

حفاظت: یک جاده دوطرفه

اغلب ژنراتورهای 10 مگاوات یا کوچکتر در نیروگاه های محلی با سطح ولتاژ توزیع یا فوق توزیع به شبکه سراسری متصل می شوند. این گونه نیروگاه ها برای تغذیه بارهای شعاعی طراحی شده اند. نه تنها ژنراتورهای کوچک نیازدارند که از اتصال کوتاه حفاظت شوند بلکه باید در برابر شرایط بهره برداری نامناسب ،که ممکن است شبکه به آنها تحمیل کند، هم باید حفاظت شوند. نمونه هایی از این شرایط غیرعادی عبارتند از: تحریک اضافه، ولتاژ بالا/پایین خروجی، جریانهای غیرمتعادل، فرکانسهای غیراستاندارد و گشتاور بیش از حد بر روی روتورهای توربین به دلیل کلیدزنی های خودکار شبکه.

اگر یک ژنراتور به چنین شرایطی بربخورد، ممکن است که ظرف چند ثانیه خسارتهای جبران ناپذیری به آن وارد شود. این مسئله از دلواپسی های آشکار دارندگان چنین نیروگاه هایی است. شبکه ،از طرف دیگر، بیشتر نگران اتصال نیروگاه های کوچک و خساراتهایی که ممکن است به تجهیزات شبکه بزنند می باشد.

استانداردها محدوده ای از راهنمایی های مخصوص برای حفاظت از آسیبهای ناشی از فرکانس بالا/پایین یا ولتاژ بالا/پایین ارائه می کنند. به هرحال، رله گذاری ها در نقطه اتصال شبکه به نیروگاه محلی در نظر گرفته شده اند. این رله ها ممکن است در سمت ثانویه ترانسفورماتوری که شبکه را به نیروگاه محلی متصل کرده است(تصویر1 بالا) یا در سمت اولیه آن (تصویر 1پایین) نصب شده باشند و محل نصب آنها تعیین می کند که ترانسفورماتور از کدام جهت آسیب خواهد دید.

 

تصویر1- رله های حفاظت ژنراتورهای کوچک از شبکه عموما در این نقاط نصب می شوند: در سمت ثانویه(بالا) یا اولیه(پایین) ترانسفورماتور اتصال به شبکه سراسری.

بیشتر این گونه نیروگاه ها به شبکه توزیع متصل شده اند. در آمریکا، اغلب شبکه های توزیع از خطوط 4 سیمه زمین شده با ولتاژ 4 تا 34.5 کیلوولت استفاده می کنند. این طرح اجازه می دهد تا ترانسفورماتورهای تک فازه هوایی با ولتاژ فاز به زمین مورد استفاده شبکه توزیع قراربگیرند. بنابراین، در یک شبکه توزیع 13.8 کیلوولت ترانسفورماتورهای تک فاز 8Kv=1.73/13.8 می توانند نصب شوند. این ترانسفورماتورها و برقگیرهایشان می تواند (بسته به انتخاب نوع اتصالی که شبکه را به نیروگاه های محلی وصل می کنند) از طریق ولتاژهای بالا آسیب ببینند. 5 گونه اتصال که بیشتر برای اتصال به شبکه سراسری استفاده می شوند در تصویر 2(پایین) آمده اند. هر کدام از آنها مزایا و مشکلات خود را دارد.

 

تصویر2- نحوه اتصال شبکه سراسری به نیروگاه های کوچک

استانداردها نیازمندی های اساسی شبکه را ذکر می کنند اما روشها، راه حل ها و یا انتخابهای اندکی برای مواجه با آنها را ارائه می کنند. راهنمایی های موجود در استانداردها در هر یک از این سطوح اساسی آنقدر نیست که جزئیات لازم برای تکمیل یک طرح  را شرح دهند. در ادامه، 6 محدوده اصلی که در آنها نیازمندیم استانداردها را اصلاح کنیم بیان خواهیم کرد.

مترجم:رضاکیانی موحد

منبع 

http://www.powermag.com/instrumentation_and_controls/351.html