الکتروتکنیک-برق صنعتی

مقدمه
توسعه روز افزون سیستم هاي توزیع انرژي الکتریکی و همچنین افزایش به هم پیوستگی درشبکه هاي قدرت به دلیل نیاز به بالا بودن ظرفیت آنها منجر به افزایش سطح اتصال کوتاه و جریانهاي خطاي بزرگتر و در نتیجه ازدیاد گرماي حاصله ناشی از عبور جریان القایی زیاد در ژنراتورها ، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات و همچنین کاهش قابلیت اطمینان شبکه می شود. با وجود رعایت تمامی موارد مربوط به ایمنی سیستم قدرت ، وقوع اتصال کوتاه در شبکه هاي قدرت امري اجتناب ناپذیر می باشد. در زمان اتصال کوتاه صرف نظر از آسیبی که به خاطر بروز قوس الکتریکی به نقطه اتصال کوتاه وارد میشود، جریانهاي عظیمی که از ژنراتورها به طرف نقطه عیب جاري می شود سبب وارد شدن تنش هاي دینامیکی و حرارتی بالا به تجهیزات سیستم قدرت ازقبیل خطوط هوایی، کابلها، ترانسفورماتورها و کلیدهاي قدرت می شود. عبور چنین جریانی از شبکه نیاز به تجهیزاتی دارد که توانایی تحمل این جریان را داشته باشند و براي قطع این جریان نیازمند کلیدهایی با قدرت قطع بالا هستیم که هزینه هاي سنگینی به سیستم تحمیل می کند.کلیدهاي قدرت مورد استفاده در شبکه براي عملکرد کامل نیازمند زمانی معادل چند سیکل(چند میلی ثانیه) می باشد. عبور مقادیر بزرگ جریان از خطوط و تجهیزات سیستم قدرت در همین چند سیکل می تواند موجب تخریب جدي تجهیزات شود زیرا جریان اتصال کوتاه در لحظات اولیه بویژه در پریود اول موج جریان داراي بیشترین دامنه است و بیشترین اثرات مخرب ازهمین سیکل هاي اولیه ناشی می شود. این امر در صورت بالا بودن جریان هاي اتصال کوتاه و عبور آن از سطح عایقی کلیدهاي قدرت ممکن است موجب برقراري یک اتصال کوتاه دایمی شود. افزایش سطح اتصال کوتاه در بعضی از مناطق باعث شده جریان هاي اتصال کوتاه تا حد مقادیر نامی تجهیزات شبکه افزایش یابد و یا حتی در بعضی حوزه ها مقادیر نامی تجهیزات جوابگوي نیاز نباشد و نیاز به تعویض آنها درخواست شود. بنابر این در سالهاي اخیر به تجهیزاتی که توانایی محدود کردن جریان اتصال کوتاه داشته باشند، توجه ویژه اي شده است. محدود ساز جریان خطا بلافاصله بعد از وقوع خطا در مدار قرار می گیرد و توانایی دارد تا تمام جریان هاي اضافی را که بزرگتر از جریان شبکه باشند با زمان پاسخگویی حداکثر نیم سیکل محدود کند. محدود کننده هاي جریان اتصال کوتاه طراحی شده در دهه هاي اخیر، عناصر سري با تجهیزات شبکه هستند. این تجهیزات در حالت عادي مقاومت کمی در برابر عبور جریان از خود نشان می دهند،اما پس از وقوع اتصال کوتاه در لحظات اولیه شروع جریان، مقاومت آنها یکباره بزرگ شده و از بالا رفتن جریان اتصال کوتاه جلوگیري می کنند. این تجهیزات پس از هر بار عملکرد باید قابل بازیابی بوده و در حالت مانگار سیستم باعث ایجاد اضافه ولتاژ و یا تزریق هارمونیک به سیستم نشوند. سیستم هایی که از محدود کننده هاي جریان اتصال کوتاه استفاده میکنند دو مزیت اساسی زیر را دارا می باشند:
1. تجهیزات سیستم قدرت این اجازه را پیدا می کنند تا در زمان اتصال کوتاه بدون هیچگونه تنش حرارتی و دینامیکی تا عملکرد کامل کلیدهاي قدرت به کار عادي خود ادامه دهند.
2. نیاز به تعویض تجهیزات سیستم قدرت و افزایش مقادیر نامی اتصال کوتاه در آنها مرتفع شود و یا دست کم به آینده موکول شود 
بنابراین صاحبان این شبکه ها این امکان را پیدا می کنند تا از تجهیزاتی با مقادیر نامی پایین تر استفاده کرده و صرفه جویی بالایی را در هزینه ها داشته باشند. استفاده از FCL ها حتی در شبکه هایی که نیاز به این تجهیزات وجود ندارد مزایاي زیادي می تواند داشته باشد که در زیر به چند مورد اشاره شده است:
1. بهبود کیفیت توان با کاهش افت ولتاژ در زمان اتصال کوتاه
2. بهبود پایداري سیستم قدرت
3. کاهش حداکثر گشتاور الکتریکی و مکانیکی ژنراتورها
4. کاهش جریان هجومی ترانسفورماتورها وموتورها
 براي مقابله با افزایش سطح اتصال کوتاه روشهاي مختلفی تا به حال پیشنهاد شده است که اکثر آنها در مرحله آزمایش می باشند و تا به حال کاربرد عملی نداشته اند به نظر می رسد موثرترین و مفیدترین روشی که تا به حال براي این مشکل پیشنهاد داده شده است، استفاده از محدود کننده هاي جریان اتصال کوتاه می باشد. بنابراین در ادامه با ساختارهاي مختلف محدود کننده هاي جریان اتصال کوتاه بیشتر آشنا می شویم و در فصل آتی ضمن بیان مطالبی در مورد اتصال کوتاه، عوامل تولید آن، خسارات ناشی از آن، به بررسی سطح اتصال کوتاه تجهیزات سیستم قدرت پرداخته و مشارکت انواع ژنراتورها را در تولید پیک جریان اتصال کوتاه و مقدار نامی آن را بررسی نموده و سپس روشهاي مقابله با افزایش سطح اتصال کوتاه را مورد بررسی قرار می دهیم و در این اثنا به  FCLها اشاره نموده و مختصري در مورد تاریخچه آنها صحبت خواهیم کرد. از آنجا که یکی از FCLها از نوع ابر رساناها میباشد لذا به ابررساناها اشاره کرده و از آنجا که  انواع مهم تمرکز پژوهش جاري بیشتر روي این نوع از محدود کننده هااست به بررس اجمالی ابررساناها پرداخته و تاریخچه  آنها را بیان می کنیم کاربردهاي مختلف آنها را در بخشهاي مختلف سیستم قدرت مورد ارزیابی قرار داده و سپس مزایاي استفاده از محدود کنندههاي ابر رسانا را بیان خواهیم کرد. در فصل سوم ساختارهاي مختلف FCL ها را می شناسیم و مدارات الکتریکی و نحوه عملکرد آنها را تشریح و معرفی می کنیم تا اینکه در پایان این فصل محدودکننده هاي  نوع ابر رسانا همچنین نوع غیر ابر رساناي راکتور DC را معرفی میکنیم تا اینکه در فصل چهارم به آنالیز شبیه سازي ساختار سه فاز محدود کننده هاي نوع فوق هادي و غیر فوق هادي پرداخته و آنها را در حالت کار عادي شبکه، در هنگام بروز اتصال کوتاه، و پس از رفع اتصال کوتاه مورد بررسی قرار می دهیم و با معرفی یک ساختار تکمیل شده به یک نتیجه مطلوب از بحث جاري خواهیم رسید.

دانلود مقاله بصورت کامل ـ ۲.۵مگابایت

رمز فایل : mehdiesmaeili64.blogfa.com