>/ "link href="http://sellu.ir/css/FileStyle.css" rel="stylesheet" type="text/css<
دسته بندی | گزارش کارآموزی و کارورزی |
فرمت فایل | doc |
حجم فایل | 151 کیلو بایت |
تعداد صفحات فایل | 56 |
مقدمه :
از دیر باز، بکارگیری بانک های خازنی بعنوان یک ضرورت در طراحی فیدرهای توزیع پذیرفته شده است . ملاحظاتی که در طراحی منظور میشوند معمولاً فاکتورهای سنتی نظیر حفظ ولتاژ ، ضریب قدرت و آزادسازی ظرفیت میباشد . اما از آنجا ییکه در سیستم های مشترکین امروزی از ادوات الکترونیک قدرت استفاده میشود بنابراین طراحی شبکه توزیع در آینده شامل ملاحظات مربوط به کیفیت توان نیز خواهد بود .
کلمه «کیفیت توان » معانی مختلفی دارد ، شاید به تعداد توصیفاتی که برای بیان اثرات آن بر عملکرد شبکه بکار می روند .
شرکت برق ممکن است کیفیت توان را به عنوان قابلیت اطمینان توصیف کند وبا استناد به آمار ادعا کند که سیستم به میزان 95% .99 قابل اطمینان میباشد . اغلب کارخانجات سازنده ، کیفیت توان را به عنوان مشخصات مورد انتظار منبع تغذیه تعریف می کنند . بنابراین چنین تعریفی از دیدگاه سازندگان مختلف کاملاً متفاوت است که از مشکلات کیفیت توان تاثیر می پذیرد و بهترین تعریف ، تعریفی است که در آن دیدگاه مصرف کننده نیز لحاظ شده باشد . با توجه به این موضوع ، تعریف زیر اغلب بکاربرده میشود :
« هر مشکل بوجود آمده بر روی توان که ناشی از ولتاژ ، جریان و تغییرات فرکانس بوده و منجر به خروج یا عملکرد نامطلوب تجهیزات مشترکین گردد ، یک مشکل کیفیت توان محسوب میشود » .
وقایع زیادی در سیستم موجب ایجاد مسأله کیفیت توان می گردند . اغلب تجزیه و تحلیل این وقایع مشکل میباشد بدلیل این حقیقت که اختلال حاصل ممکن است مربوط به عملیات کلید زنی یا خطای تجهیزات شبکه قدرت در محلی که صدها مایل با نقطه تحت بررسی فاصله دارد ، ایجاد شده باشد .
در این فصل اثر بانک های خازنی در ایجاد اغتشاشات کیفیت توان در شبکه توزیع ، بررسی میگردند.
کلید زنی مکرر بانک های خازنی در سیستم توزیع همراه با افزایش بکارگیری تجهیزات حساس توسط مصرف کنندگان توان ، توجه ویژه به رخداد وقایع زیر را لازم می دارد :
این امر بخصوص در شرایطی که شرکت ها جرایم سنگینی برای ضریب قدرت قرار داده و به موجب آن ، مشترکین را به نصب خازنهای تصحیح ضریب قدرت ترغیب می نمایند ، بسیار مهم است .
امروزه ، بارهای غیرسنتی از قبیل راه اندازهای تنظیم کننده سرعت بخاطر ویژگی هایی نظیر بهبود بازه و انعطاف پذیریشان ، به تعداد زیاد بکاربرده میشوند . این نوع بار به اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی خازنی بسیار حساس است .
عمده ترین روشهایی که برای کنترل این گذراها بکار می روند عبارتند از: استفاده از روشهای کنترل کلید زنی ( وصل سنکرون ، وصل با مقاومت /سلف ) و یا بکارگیری اندوکتانسهای سری که اغلب همانند یک Chock رفتار می کنند .
بعلاوه ، این بارها اغلب جریان هارمونیکی زیادی را تولید نموده و میتوانند سطوح اعوجاج ولتاژ غیر قابل قبولی را در شبکه توزیع صنعتی و سیستم برقرسانی ایجاد نماید . ترکیب خازنها و امپدانس سطح اتصال کوتاه سیستم با هم رزونانس ایجاد کرده و میتواند سطوح هارمونیکی را به بالاتر از حد قابل قبول افزایش دهد . معمول ترین راه حل برای مسائل هارمونیکی ، بکارگیری فیلترهای هارمونیکی می باشند .
2-5) کلید زنی خازن توزیع :
الف - مرور کلی:
کلیدزنی خازنی واقعه ای معمول در سیستم های توزیع بوده و گذراهای ناشی از آن ، عموماً برای تجهیزات شبکه مشکل ساز نمی باشند . اما اگر مشترک خازنهای تصحیح ضریب قدرت فشار ضعیف داشته باشد ، این گذراها میتوانند در تأسیسات وی افزایش یابند ، بعلاوه حتی اگر مشترکین از این خازنها استفاده نکنند ممکن است در اثر این گذراها ، قطع ناخواسته راه اندازهای تنظیم کننده سرعت ، اتفاق افتد . از آنجائیکه ولتاژ خازن نمی تواند بصورت آنی تغییر کند ، انرژی دار کردن یک بانک خازنی ، افت سریع ( به سمت صفر ) در ولتاژ سیستم ایجاد میکند که بلافاصله بدنبال آن ، یک ولتاژ بازیابی سریع ( Overshoot ) و نهایتاً گذرای نوسانی بر روی شکل موج اصلی ایجاد می گردد .
پیک دامنه ولتاژ ، به ولتاژ سیستم در لحظه انرژی دار شدن بستگی دارد . در بدترین شرایط ، پیک ولتاژ میتواند به دو برابر پیک ولتاژ سیستم برسد . اما معمولاً دامنه به علت وجود بارهای متصل به سیستم و میراسازی در سیستم ( وجود المانهای مقاومتی ) کمتر از این مقدار خواهد بود . در شبکههای توزیع معمول ، سطوح اضافه ولتاژ در محدودة 1/1تا 6/1 پریونیت می باشند. معمولاً فرکانسهای گذاری ناشی از کلید زنی خازنی در شبکه توزیع در حدود (hz ) 10000-300 است .
اضافه ولتاژهای گذرا شبکه توزیع را تهدید نمی کنند ، زیرا دامنه های پیک شان پایین تر از سطحی است که تجهیزات حفاظتی ضربه ای از قبیل برقگیر را وادار به عمل نماید . اما این گذراها به دلیل فرکانس نسبتاً پایینی که دارند از ترانسفورماتور کاهنده عبور کرده و بار مشترکین را تحت تأثیر قرار می دهند . اضافه ولتاژهای ثانویه ایجاد شده ، موجب افزایش قابل توجه ولتاژ یا قطع ناخواسته در راه اندازهای تنظیم کننده سرعت میشوند .
مشکلات کیفیت توان ناشی از کلیدزنی خازن توزیع شامل خروج و یا خرابی تجهیزات مشترکین ( بخاطر اضافه ولتاژ زیاد ) ، قطع ناخواسته راه اندازهای تنظیم کننده سرعت و یا خاموشی تجهیزات در سایر فرایندها ( ناشی از اضافه ولتاژ ایجاد شده روی باس dc ) ، خروج TVSS و بروز مشکلات در شبکه کامپیوتری میباشد .
ب - تقویت اضافه ولتاژهای گذرا :
پدیده تقویت اضافه ولتاژهای گذرا وقتی اتفاق می افتد که نوسانات گذرای حاصل از انرژی دار کردن بانک خازنی توزیع ، یک رزونانس سری را در سیستم فشار ضعیف ایجاد نماید . نتیجه این پدیده ایجاد یک اضافه ولتاژ گذرای بیشتر در باس فشار ضعیف است . مطالعات نشان داده است که بدترین اضافه ولتاژ گذرا تحت شرایط زیر اتفاق می افتد:
1. اندازه بانک خازنی سوئیچ شده بصورت قابل ملاحظه ای ( بیش از ده برابر ) بزرگتر از بانک خازنی تصحیح کننده ضریب قدرت فشار ضعیف باشد ( برای مثال3Mvar در برابر 200Kvar که 15 برابر بزرگتر از آن است ) ؛
2. فرکانس انرژی دار کردن، نزدیک به فرکانس رزونانس سری تشکیل یافته توسط ترانسفورمر کاهنده و بانک خازنی تصحیح ضریب قدرت فشار ضعیف باشد . ( برای مثال Hz 490= و Hz670 = )
( ساختار سایتهای صنعتی معمول ، بار موتوری ) ؛
شبیه سازی کامپیوتری و اندازه گیری در کارخانه ( سایت ) ، گذراهایی بین 2 الی 4 پریونیت را نشان داده است که احتمالاً بیشتر از حد قابل تحمل توسط خازن های فشار ضعیف میباشد . بطور کلی ، اضافه ولتاژهای گذرا ، به ادوات حفاظتی کم انرژی (MOV ها) آسیب رسانده و یا موجب قطع ناخواسته ادوات الکترونیک قدرت میشوند . اما در این فصل ، مواردی که منجر به خسارت جدی به تجهیزات مشترکین می گردد ، مورد بررسی قرار خواهد گرفت .
ج - خروج ناخواسته راه اندازهای تنظیم کننده سرعت
خروج ناخواسته به قطعی نامطلوب دستگاه راه انداز تنظیم کننده سرعت ( یا دیگر ادوات الکترونیک قدرت ) در اثر اضافه ولتاژ گذرا در باس dc ، گفته میشود . اغلب این اضافه ولتاژ بخاطر انرژی دار کردن بانک خازنی شبکه توزیع اتفاق می افتد . با در نظر گرفتن اینکه ، اکثر بانک های خازنی توزیع با زمان کنترل می شوند ، درک این موضوع که چگونه این اختلال میتواند بطور باقاعده و قابل تکراری اتفاق افتاده و موجب قطعی تعداد زیادی از فرآیندها در کارخانه گردد، ساده است .
حادثه قطع ناخواسته یک تریپ اضافه ولتاژ است که در اثر اضافه ولتاژ ایجاد شده روی باس dc مبدل منبع ولتاژ راه انداز بوجود میآید . بطور کلی ، برای حفاظت خازن باس dc واجزاء اینورتر ، ولتاژ باس dc پایش میشود و اگر مقدار آن از حد معینی بیشتر شود ، راه انداز قطع می گردد . این حد معین در حدود 760 ولت است
( برای کاربرد در ولتاژ 480 ولت ) ، که فقط 117% ولتاژ باس dc در حالت نرمال میباشد .
پتانسیل وقوع خروج ناخواسته ، به اندازه بانک خازنی سوئیچ شونده ، نحوة کنترل اضافه ولتاژها روی این بانک خازنی ، اندازه خازن باس dc راه اندازهای تنظیم کننده سرعت و اندوکتانس بین دو خازن بستگی دارد . قابل توجه است که این نوع ناخواسته میتواند حتی در مواقعی که مصرف کنندگان خازنهای تصحیح ضریب قدرت نداشته باشند ، نیز اتفاق افتد .
مشکلات کیفیت توان مشترکین ، ناشی از کلید زنی بانک های خازنی را میتوان با استفاده از روشهای مختلفی کنترل نمود . گام اول ، تشخیص مشکل میباشد . سپس ، لازم است که شرکت برق و مشترکین برای یافتن بهترین و مقرون به صرفه ترین راه حل مهندسی با یکدیگر همکاری نمایند . راه حل های مناسب به شرح زیرند :
1. گذرای ناشی از انرژی دار کردن بانک خازن را میتوان با استفاده از وصل اولیه مقاومت / سلف یا کنترل وصل سنکرون ( تکنولوژی هایی که معمولاً برای سیستم توزیع مورد استفاده قرارمی گیرند ) کنترل کرد .
3. میتوان از فیلترهای هارمونیکی برای تصحیح ضریب قدرت استفاده نمود . فیلتر تنظیم شونده ، پاسخ مداررا تغییر داده و معمولاً سطح اضافه ولتاژ دیده شده از باس 480 ولت را کاهش میدهد. برای حفاظت بیشتر ، میتوان در نقطه اتصال خازنها از MOV استفاده نمود .
4. میتوان جهت کاهش احتمال خروج ناخواسته ، سلف های سری ( chok ) در این راه اندازها نصب نمود. سلف هایی که برای این منظور بکار می روند ، براحتی در بازار یافت میشوند و اگر اندازه آنها 3% مقدار نامی راه انداز انتخاب گردد ، معمولاً کافی میباشد. همچنین ترانسفورمرهای ایزوله کننده با مقدار نامی مشابه میتوانند حفاظت لازم را فراهم آورند .
سلف های سری یک راه حل کم هزینه برای مسائل کیفیت توان در راه اندازهای تنظیم کننده سرعت بوده و دارای مزایای زیر می باشند :
3-5) عوامل مؤثر در هارمونیک ها
الف – مرور کلی :
هدف اصلی در بهره برداری سیستم قدرت ، تغذیه هریک از مصرف کنندگان با یک ولتاژ سینوسی با دامنه ثابت است .با وجودی که همه بارهای متصل به شبکه قدرت طوری طراحی شدهاند که با شکل موج سینوسی منبع ولتاژ کار کنند , اما بسیاری از تجهیزات ,جریان غیر سینوسی از منبع ولتاژ سینوسی می کشند ، به این قبیل بارها ، بار غیرخطی گفته میشود. در بارهای غیرخطی یعنی ارتباط بین ولتاژ و جریان در هر لحظه از زمان ثابت نیست . از آنجاییکه در سیستم های قدرت تنظیم ولتاژ صورت میگیرد ، جریان کشیده شده توسط بار تأثیری بر ادوات مجاور ندارد ، زیرا این ولتاژ است که در ادوات متصل به یک باس بار مشترک است نه جریان . جریان های غیر سینوسی توسط خود بار از شبکه کشیده میشود و بارهای متصل شده موازی از آن تأثیر نمی گیرند .
ب - منابع هارمونیکی :
منابع هارمونیکی به سه دسته تقسیم میشوند :
همه این نوع بارها در سیستم مشخصه جریان / ولتاژ غیرخطی دارند . ادوات قابل اشباع و جرقه زنی پسیو بوده و عملکرد غیر خطی آنها ناشی از مشخصه فیزیکی قوس الکتریکی و هسته آهنی میباشد. در تجهیزات الکترونیک قدرت ، کلیدزنی قطعه نیمه هادی که در یک سیکل از فرکانس اصلی سیستم قدرت اتفاق می افتد ، مشخصه غیرخطی را ایجاد میکند . اکثر قسمت های این ادوات مولفه های جریان هارمونیکی به سیستم قدرت تزریق می کنند . سطح اعوجاج هارمونیکی ولتاژ بوجود آمده تابعی از امپدانس سیستم و مقدار جریان تزریق شده میباشد .
ج - روشهای آنالیز هارمونیکی :
به منظور حل مؤثر مشکلات ناشی از اعوجاج هارمونیکی ، یک روش جبران سازی که شامل نظارت در سایت ، اندازه گیری هارمونیکی و شبیه سازی کامپیوتری است ، مورد نیاز میباشد . ذیلاً ، یک رویه کلی برای آنالیز هارمونیکی بیان می گردد :
1. ارزیابی مقدماتی : برای تعیین فرکانسهای رزونانسی سیستم میتوان از محاسبات ساده استفاده کرد . وجود رزونانسهای امپدانس بالا یا امپدانس پایین در نزدیکی فرکانسهای هارمونیکی مشخصه بارهایی که به عنوان منابع هارمونیکی شناخته میشوند ، اولین نشانه بالقوه وقوع مشکل است .
(1-5)
که در آن :
اندوکتانس سطح اتصال کوتاه ( راکتانس اتصال کوتاه )
خازن بانک (راکتانس بانک خازنی )
ظرفیت سطح اتصال کوتاه
مقدار نامی بانک خازنی
مقدار نامی ترانسفورمر کاهنده
امپدانس ترانسفورمر کاهنده
این رابطه ساده ، یک تست اولیه عالی را برای سنجش اینکه آیا احتمال ایجاد مشکل بوسیله هارمونیک ها وجود دارد یا خیر ، ارائه میکند . تقریباً ، تمامی مشکلات اعوجاج هارمونیکی وقتی اتفاق می افتد که این رزونانس موازی به هارمونیک های مرتبه 5 ام و 7 ام نزدیک میشود . زیرا این دو هارمونیک ، نوعاً بزرگترین مؤلفه های هارمونیکی جریان در بارهای مصرف کننده غیر خطی ( نظیر راه اندازهای تنظیم کننده سرعت ) می باشند .
2. اندازه گیری هارمونیکی : هدف از اندازه گیری ، مشخص کردن رفتار منابع هارمونیکی و فراهم نمودن داده های مقدماتی درباره شدت مسأله اعوجاج است . این داده های اندازه گیری شده ، برای تائید جزئیات مدلهای کامپیوتری و محاسبات دستی ارزش زیادی دارند .
آشکار سازی اولیه مسائل هارمونیکی میتواند با استفاده از دستگاههای اندازه گیری جدید که نقطه پیک شکل موجها را نشان میدهد یا با استفاده از ابزارهایی که اطلاعاتی در رابطه با نسبت مقدار مؤثر کل به مقدار مؤثر مولفه اصلی ارائه می دهند ، انجام میشود .
اغلب ، اندازه گیری ها در شبکه های توزیع بدلیل نیاز به مبدل ، بسیار مشکل تر از اندازه گیری در سمت مصرف کننده ( کارگاه صنعتی ) است . احتمالاً کلاس های موجود CT ها و PT های اندازه گیر ، برای بدست آوردن داده های هارمونیکی استفاده میشوند .
3. محاسبات و شبیه سازی : از آنجائیکه روشهای نمایش مولفه های مهم در سیستم قدرت توسعه یافته و دقتشان از طریق مقایسه با داده های اندازه گیری شده مورد تائید قرار گرفته است ، به کمک آنها ، محدوده وسیعی از شرایط ایجاد شده قابل تشخیص گردیده است . از جمله میتوان ساختار سیستم هایی را که ایجاد رزونانس می کنند ، شناسائی نموده و همچنین ساختارهای مختلف میتوانند از این نظر مورد آزمون قرار گیرند .
شبیه سازی در حوزه فرکانس ( مشخصه امپدانس بر حسب فرکانس ) قادر است مشخص کند که آیا ساختار سیستم میتواند باعث ایجاد مسائل هارمونیکی به دلیل شرایط رزونانسی بشود یا خیر ( شکل (3-4) ) و شبیه سازی اعوجاج هارمونیکی برای ارزیابی تأثیر فیلترهای هارمونیکی یا تکنیک های دیگر در کاهش هارمونیک بکار برده میشوند .
4. توسعه راه حل : سطوح ولتاژ هارمونیکی تعیین شده از طریق شبیه سازی و اندازه گیری با حدود توصیه شده مقایسه میشوند . اگر سطوح اعوجاج ولتاژ هارمونیکی در محدودة قابل قبول نباشد ، مشخصه پاسخ فرکانس دستگاهها یا سیستم میتواند با عوض کردن مقدار خازن یا مکان آن و یا با نصب فیلترهای هارمونیکی تغییر داده شود .
د ـ اثر هارمونیک ها بر ضریب قدرت :
روش سنتی تصحیح ضریب قدرت در سیستم قدرت و در تاسیسات مصرف کنندگان,
استفاده از بانک های خازنی موازی بوده است . این مسأله از آن حقیقت ناشی میشود که اغلب بارهای سیستم در فرکانس اصلی ، جریان پس فاز از شبکه می کشند . خازنها ، در فرکانس اصلی ، جریان پیش فاز می کشند و لذا میتوانند برای جبران سازی جریانهای کشیده شده توسط بارهای القائی بکار روند .
این مشخصات پیش فازی و پس فازی جریان براین فرض استوار است که بارهای روی سیستم ، مشخصه ولتاژ - جریان خطی دارند و اعوجاج هارمونیکی ولتاژ و جریان اهمیت چندانی ندارد . با این فرضیات ، ضریب قدرت با ضریب قدرت جابجایی(DPF) برابر است . محاسبه ضریب قدرت جابجایی با استفاده از مثلث ضریب قدرت انجام میشود و با رابطه زیر بصورت خلاصه بیان میگردد :
(2-5)
اعوجاج هارمونیکی در جریان و یا ولتاژ که بوسیله بارهای غیر خطی در سیستم ایجاد میشود ، روش محاسبه ضریب قدرت را تغییر میدهد .
ضریب قدرت صحیح بصورت نسبت توان حقیقی به ولت آمپر کل در مدار ، تعریف میشود .
(3-5)
مقدارTPF ، سنجشی است از اینکه توان حقیقی با چه بهره وری واقعی بکار برده
است . از آنجاییکه خازنها تنها در فرکانس نامی تولید توان راکتیو می کنند ، لذا
نمی توانند در حضور هارمونیک TPF را اصلاح کنند . در واقع ، خازنها با ایجاد شرایط رزونانس اعوجاج هارمونیکی ولتاژ و جریان را تقویت کرده و TPF بدتری را بوجود می آورند . به دلیل اینکه جرایم مربوط به ضریب قدرت سالیانه تقریباً بطور کلی برDPF پایه است ،DPF هنوز برای بسیاری از مشترکین صنعتی اهمیت زیادی دارد .
هـ - روشهای حل مسائل هارمونیکی :
اغلب مشکلات مربوط به هارمونیک ها ، ابتدا در بانک های خازنی خودشان را نشان می دهند . مهمترین دلیل این موضوع آن است که خازنها مدارهای تشدید تشکیل
میدهند که سطوح جریان هارمونیکی را تقویت کرده و موجب افزایش سطوح اعوجاج ولتاژ میشوند .
در این مدار تشدید ، بیشترین سطح اعوجاج ولتاژ در بانک خازنی ایجاد میشود . در نتیجه چنین پدیده ای ، جریانهای خازنی بالایی در فرکانسهای هارمونیکی ایجاد می گردد و اضافه دمای ناشی از مقدار مؤثر زیاد جریان یکی از موردهای معمول خطای ایجاد شده در چنین شرایطی است .
همچنین سوختن فیوز محافظ بانک خازنی میتواند به موجب جریان هارمونیکی بالا اتفاق بیافتد . اساساً جریان مؤثر عبوری از خازن میتواند بخاطر وجود هارمونیک ها به میزان زیادی افزایش یابد، به دلیل امپدانس پایین بانک خازنی ، حتی وقتی که اعوجاج ولتاژ کمی در فرکانس های هارمونیکی وجود دارد ، این مسئله اتفاق می افتد .
در صورتیکه اعوجاج هارمونیکی قابل ملاحظه باشد ، خطای شکست عایقی نیز میتواند به موجب بالا بودن پیک ولتاژ اتفاق بیافتد ، زیرا مقدار پیک ولتاژ میتواند برابر با جمع جبری همه ولتاژهای هارمونیکی باشد .
در وقایعی که حدود اغتشاش ایجاد شده در حدود قابل قبول نباشد ، مشخصه پاسخ فرکانسی سیستم میتواند با تغییر اندازه خازن و یا محل نصب آن ، تغییر مشخصه منبع ، یا با طراحی فیلترهای هارمونیکی تغییر داده شود .
فیلترها معمول ترین راه حل چنین مشکلی هستند ، زیرا یک فیلتر میتواند جابجایی توان راکتیو در فرکانس اصلی و یک مسیر امپدانسی کم برای عبور مؤلفه های جریان هارمونیکی بوجود آورد .
اجزا فیلتر بایستی بطور ویژه برای تحمل مؤلفه های هارمونیکی همراه با جریانها و ولتاژهای فرکانس اصلی طراحی شوند .
روش معمول برای طراحی فیلتر به قرار زیر است :
1. در گام اول ، بکارگیری یک فیلتر موازی تک تنظیمه طراحی شده برای کمترین هارمونیک تولید شده ( معمولاً مرتبه 5 ام ) . عموماً ،استفاده از خازنها با ولتاژ سیستم توصیه میشود .