چکیده

هدف از تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، سرویس دادن اصولی و مداوم به مشترکین است اما مشکلاتی انجام این کار را سخت می کند که یکی از این مشکلات نا متعادلی شبکه می باشد.
در این پایان نامه سعی کرده ایم تا با بحث و بررسی پیرامون نا متعادلی شبکه ابعاد مختلف این موضوع را نشان دهیم و برای حل این مشکل راهکارهایی را پیشنهاد کرده ایم.
به این ترتیب در فصل اول، برای اینکه ارزیابی درستی از عدم تعادل در دست داشته باشیم به بررسی تعاریف و استاندارد های ارائه شده از عدم تعادل می پردازیم.
در فصل دوم در مورد لزوم متعادل سازی صحبت می شود تا به هدف درست متعادل سازی پی ببریم.
در فصل سوم با شناختی که از نامتعادلی به دست آوردیم به بررسی عوامل ایجاد عدم تعادل می پردازیم.
در فصل چهارم در مورد اثرات این نامتعادلی بر شبکه توزیع صحبت می شود و چند محاسبه برای اثبات تئوری این مطلب بیان می شود.
و در انتها روش هایی معرفی می شود که با اجرای آنها این نا متعادلی تا حد قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.

 

فهرست مطالب:

مقدمه                                               1

فصل 1

1) تعاریف سیستم نا متعادل                           4

1-1) عدم تعادل چیست                              4

1-2) تعاریف عدم تعادل                            4

1-2-1) تعریف اول IEEE Std.936-1987               5

1-2-2) تعریف دوم IEEE 112-1991                  5

1-2-3) تعریف سوم  NEMA                       6

1-2-4) تعریف درست (اصلاح شده) عدم تعادل  IEEE   6

1-3) تعاریفی دیگر از مفهوم تعادل                 8

فصل2

2) لزوم متعادل سازی خطوط                            11

فصل3

3) عوامل ایجاد عدم تعادل                            16

3-1)عوامل ساختاری شبکه                           16

3-1-1)نا متقارنی سیستم                        16

3-1-2)ترنسپوز ناقص خطوط انتقال                17

3-1-3)عملکرد ماشینی ژنراتورها                 18

3-1-4)تناسب طول فیدرها با سطح مقطع هادی ها    18

3-1-5)عملکرد ناقص سیستم های حفاظتی            19

فهرست

3-2)عوامل کارکردی شبکه                          19

3-2-1)قطعی های خطوط                           20

3-2-2)توزیع نا همگون بار بین فازها            20

3-2-3)رفتار غیر همزمان مشترکین                20

3-2-4)نبود برنامه ای مدون برای بار گذاری صحیح 21

3-2-5)آلودگی های هارمونیکی                    21

فصل4

4)اثرات عدم تعادلی بار در شبکه های توزیع            24

4-1) اثرات نا مطلوب بر تعادل بار                 24

4-1-1)تلفات توان                              24

4-1-2)افت ولتاژ                               25

4-1-3)نامتعادلی ولتاژهای سه فاز               25

4-1-4)کاهش ظرفیت شبکه و ترانسفورماتورها       25

4-1-5)کاهش ایمنی مصرف کننده ها                26

4-1-6)ظرفیت بلا استفاده خطوط                   26

4-1-7)اثرات اقتصادی                           26

4-1-8) اثر نامتعادلی بار در کار عادی موتورهای سه فاز    27

4-1-9) اثر نامتعادلی بار در کار ترانس های توزیع و قدرت  31

4-1-10)بررسی تأثیر نامتعادلی بارها در کارکرد کنتورها    35

4-2)محاسبه تلفات توان در حالت نا متعادلی بار     37

فهرست

4-3)محاسبه افت ولتاژ در حالت نا متعادلی بار       43

فصل5

5) روش های متعادل سازی                              46

5-1) توزیع متعادل بارهای تکفاز بین تمامی فازها   46

5-1-1) استفاده از قدرت قراردادی مشترکین       47

5-1-2) استفاده از روش مشترک شماری             47

5-1-3) استفاده از روش pave                                  48

5-2) ایجاد برنامه ای مدون برای بارگذاری صحیح     49

5-3) کاهش عدم تعادل ناشی از امپدانس های سیستم    49

5-4) ترنسپوز شدن درست خطوط                       49

5-5) ایجاد تقارن بیشتر در شبکه                   56

5-6) اجرای طرح مکانیزاسیون توزیع                 50

5-7) به کارگیری جبران ساز به منظور متعادل سازی بار 50

5-8) استفاده از فیلترهای فعال قدرت               52

5-8-1) ساختار عنصر بهساز کیفیت توان           54

5-8-2) مزیت های استفاده از فیلتر              60

5-9) ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی ژنراتور          60

5-10) رعایت استاندارد طول و سطح مقطع             60

5-11) استفاده از سیستم های حفاظتی مورد اطمینان   61

5-12) جلوگیری از اتفاق ناگهانی در نیروگاه ها     61

5-13) ایجاد یک سیستم زمین مناسب                  61

نتیجه گیری                                         63

منابع                                               65

فهرست

فهرست جداول:

گستره تغییرات عدم تعادل تعریف شده توسط IEEE و NEMA- جدول (1-1)                                                    7

نتایج حاصل از اندازه گیری با کنتور و کرونومتر – جدول(4-1)    36

حالتی که سطح مقطع سیم فاز و نول یکسان است- جدول(4-2) 40

حالتی که سطح مقطع سیم فاز دو برابر نول است – جدول(4-3)   40

فهرست

فهرست اشکال:

مدار معادل یک موتور القائی- شکل(4-1)                28

نمودار کوپل-لغزش – شکل(4-2)                         30

ترانسفورماتور با بار سه فاز- شکل(4-3)       31

دیاگرام ولتاژها – شکل(4-4)                          33

دیاگرام ولتاژها – شکل(4-5)                          34

ترانسفورماتور با سیم نول – شکل(4-6)                 37

نمودار افزایش تلفات و متوسط I / In – شکل(4-7)          40

بارگیری از شبکه به صورت نا متعادل – شکل(4-8)        43

طرح جبران سازی سه فاز به کمک فیلتر های اکتیو- شکل(5-1)   53

توپولوژی فیلتر فعال قدرت موازی – شکل(5-2)           54

جریان های لحظه ای سیستم جریان بار- جریان فیلتر-جریان شبکه – شکل (5-3)                                               56

ولتاژ و جریان لحظه ای فاز A – شکل (5-4)            56

جریانهای لحظه ای سه فاز شبکه – شکل (5-5)            57

جریانهای لحظه ای سه فاز بار-  شکل (5-6)             57

جریان های لحظه ای شبکه(الف) فازa، (ب) فازb، (ج) فازc – شکل (5-7)                                                    58

جریان های لحظه ای سیستم  -جریان بار، -جریان شبکه توزیع شکل – (5-8)                                                  59

 

 

مقدمه:

اصولاً یک شبکه مناسب باید دارای دو ویژگی خاص باشدیکی مسئله اقتصادی بودن شبکه است و دیگری ارائه سرویس پیوسته و بهتر برای مشترکین باشد.

هدف از تولید، انتقال و توزیع انرزی الکتریکی، سرویس دادن اصولی و مداوم به مشترکین         می باشد. لذا چون سیستم توزیع 400 ولت در دسترس اغلب مردم بوده و از طرفی دارای بیشترین وسعت و تجهیزات می باشد،لازم است توجه خاصی به آن مبذول گردد.

در این جهت باید مسائل فنی و اقتصادی مورد توجه قرار بگیرد که توزیع انرژی الکتریکی علاوه بر بحث کیفیت،دارای پایداری و مداومت نیز باشد.

اما دراین بین مشترکین مشکلاتی را برای شبکه توزیع ایجاد می کنند و آن هم ایجاد نامتعادلی در شبکه است که این امر به صورت عمده به دلیل استفاده از بار تکفاز و مصرف غیر هم زمان می باشد که تا حدودی هم نا خواسته است، که این امر برای شرکت های توزیع مفید واقع نمی شود و ضرر و زیان هایی را برای این شرکت ها ایجاد می کند.

بنابراین شرکت ها در جهت رفع این مشکل با صرف هزینه و تحقیقات به راهکارهایی دست      یافته اند.

دلایل ایجاد این نامتعادلی به دو مدل تقسیم می شود که یا این دلایل عوامل ساختاری هستند که به ساختار وآرایشس شبکه بر می گردد.

از جمله عوامل ساختاری می توان به عدم تقارن هندسی در امپدانس خطوط و کابل ها در اثر ترانسپوزیسیون ناقص خطوط، عدم تقارن در سیم‌بندی ترانسفورمرها، فیوزهای فرسوده و خسته و بانک­های خازنی و … اشاره نمود.

عامل دوم ایجاد عدم تعادل که در واقع عامل اصلی این پدیده نیز است، عامل کارکردی شبکه و در واقع بارهای نامتعادل سیستم است. عدم تعادل ناشی از عوامل ساختاری عمدتاً بسیار کوچک بوده و قابل حل است.

از جمله عوامل کارکردی بارهای تکفاز و دو فاز، و بارهای سه فازی از قبیل کوره‌های قوس الکتریکی و تجهیزات نامتعادلی مانند اتصالات دارای امپدانس زیاد مثل کنتاکت­های شل و بدِ کنتاکتورهای فرسوده، تعداد دور نامتعادل سیم‌بندی‌های موتورهای القایی و یا عدم تقارن ناشی از تعمیرات نادرست آنها و همچنین عدم تقارن در روتور و استاتور این دسته از موتورها است. علاوه بر این­ها می­توان از کارکرد اشتباه تجهیزات اصلاح ضریب قدرت و خطاهای اتصال تکفاز به زمین نام برد.

بنابراین با شناخت عوامل مختلف ایجاد نامتعادلی باید سعی شود تا حد امکان این عوامل کم شوند و یا رفع شوند تا شبکه دچار نا متعادلی نشود.

برای رفع این عوامل نیز راهکارهایی از طرف مهندسین و شرکت های توزیع ارائه شده که هر یک به نوعی به مطالعه در مورد این موضوع پرداخته و راه کارهایی را برای حل این مشکل بیان کرده اند که این راه کارها در سال های اخیر بسیار مورد توجه شرکت های برق قرار گرفته چوناثرات نا متعادلی در کوتاه مدت مشخص نمی شود ودر بلند مدت خود ر آشکار می کنند.

به همین دلیل تا چند سال اخیر مهندسین و شرکت ها به این موضوع چندان اهمیت نمی دادند ولی با انجام روش های کنترل نا متعادلی در بلند مدت به بازدهی بالای این موضوع پی بردند و سرمایه گذاری هایی را در این راستا انجام دادند.

از جمله روش های نوین که تلفات شبکه را کاهش می دهد استفاده از فیلتر های اکتیو قدرت می باشد که آلودگی هارمونیکی را از بین می برد و با کمترین تلفا و مصرف انرژی شبکه را تا حد امکان متعادل می کند.

در این پایان نامه تا حد امکان در مورد این موضوع بحث و بررسی شده است.

فصل اول

تعاریف سیستم نا متعادل

1)تعاریف سیستم نا متعادل:

ولتاژ تولید شده در شبکه های قدرت سه فاز متعادل، به صورت سینوسی با دامنه های برابر بوده و هر فاز با فاز دیگر 120 درجه الکتریکی اختلاف دارد. یک سیستم سه فاز را نامتعادل” گویند، هرگاه دامنه و یا اختلاف زاویه ولتاژهای فاز یا خط آن با هم نابرابر باشد.

1-1) عدم تعادل چیست؟

طبیعت عدم تعادل شامل نابرابری در دامنه و همچنین اختلاف زاویه الکتریکی مؤلفه فرکانسی اصلی ولتاژ فازها است. این تعریف برای کسی که می­خواهد به صورت فنی به مسأله نگاه کند، بسیار کلی است، بنابراین نیاز به معیاری مناسب برای اندازه گیری کیفیت و کمیت پدیده­ها و مشخصه های مختلف یک سیستم محسوس است. برای وقتی که گفته می­شود ولتاژ شبکه ای نامتعادل است باید مقدار و معیاری نیز برای لمس اندازه این پدیده در دست باشد. همچنین باید به این پرسش نیز پاسخ داده شود که “چه عدم تعادلی زیاد محسوب می­شود؟” آیا محدوده مجاز عدم تعادل ولتاژ یک موتور القایی یا یک ژنراتور سنکرون با عدم تعادل قابل قبول برای یک ترانسفورمر برابر است؟ که البته پاسخ به این سوال نیز “خیر” است.[1]

1-2) تعاریف عدم تعادل

در طی سالیان گذشته با گسترش سیستم های قدرت، متعاقباً تعداد و انواع مصرف کننده ها نیز افزایش یافته­اند. این افزایش در تنوع مصرف کننده­ها باعث شده است که اهمیت پدیده عدم تعادل و کنترل آنها نیز دوچندان شود. از طرفی گسترش روز افزون مصرف کننده های غیرخطی سوئیچ شونده با عناصر الکترونیک قدرت باعث افزایش عدم تعادل می­شود و از طرف دیگر مصرف کننده هایی (از جمله، خود مصرف کننده های سوئیچ شونده الکترونیک قدرت) نیز به بازار مصرف وارد شده اند که حساسیت بالایی به عدم تعادل دارند. این فرایند باعث شد که مهندسین با دید تخصصی تری به مسأله عدم تعادل نگریسته و استانداردهایی جهت سنجش عدم تعادل مطرح کنند که بتواند معیار مشخصی از نابرابری دامنه و اختلاف زاویه فازها باشد. [1]

البته در مورد دلایل ایجاد عدم تعادل در فصل های بعدی صحبت خواهیم کرد.

تاکنون تعاریف مختلفی از عدم تعادل در یک سیستم سه فاز ارائه شده‌اند، این تعاریف متفاوت    می توانند به نتایج بسیار مختلفی در محاسبه عدم تعادل منجر شوند. سه تعریف عمده از عدم تعادل که دو تعریف مربوط به IEEE¹ و دیگری از NEMA² است با روابط زیر تعریف می شوند:

 

1-2-1) تعریف اول IEEE Std.936-1987

اختلاف بین بیشترین وکمترین مقدار مؤثر ولتاژ فازها، نسبت به میانگین مقدار مؤثر ولتاژ فازها(%PVUR 936)³.

1-2-2) تعریف دوم IEEE 112-1991

بیشترین انحراف مقدار مؤثر ولتاژ فازها از میانگین مقدار مؤثر ولتاژ فازها، نسبت به میانگین مقدار متوسط ولتاژ فازها (%PVUR 112) .

استاندارد 936 همواره عدم تعادل بزرگتری را نسبت به استاندارد 112 نشان می­دهد، که علت آن نیز با توجه به اختلاف موجود در تعاریف واضح به نظر می­رسد. چرا که با توجه به برابری مخرج کسر در هر دو تعریف، از آنجا که همواره اختلاف بین بزرگترین و کوچکترین ولتاژ مؤثر فازها از بیشترین اختلاف بین میانگین مقدار مؤثر فازها با مقدار مؤثر ولتاژ فازها بیشتر است بدیهی به نظر

1.Institute of Electrical and Electronics Engineers

2.National Electrical Manufacturers Association

3.Phase Voltage Unbalance Rate

می­رسد که استاندارد 936 همواره درصد بزرگتری را نسبت به استاندارد 112 نشان می­دهد.

با توجه به دو تعریف فوق متوجه می­شویم که در استانداردهای مطرح شده از مقادیر فازی ولتاژها استفاده شده است. حال این سوال پیش می­آید که “در سیستم های سه فاز سه سیمه، در آنجا که

اثری از ولتاژهای فازی نیست عدم تعادل چگونه تعریف می­شود؟”. برای پاسخ به پرسش مطرح شده خوب است که به دو تعریفی که در سالیان بعد توسط NEMA و IEEE ارایه شدند توجه نماییم.

 

1-2-3) تعریف سوم NEMA

در سال 1993 NEMA استانداردی برای عدم تعادل ارایه کرد که در آن تنها اندازه مؤثر ولتاژهای خط به خط لحاظ می­شد. این تعریف به فرم زیر است:

بیشترین انحراف مقدار مؤثر ولتاژهای خط از میانگین مقدار مؤثر ولتاژهای خط، نسبت به میانگین مقدار متوسط ولتاژهای خط (%LVUF) .

1-2-4) تعریف درست¹(اصلاح شده) عدم تعادل IEEE

نهایتاً در سال 1996 تعریف زیر به عنوان تعریفی درست از عدم تعادل ولتاژ مطرح گشت:

%VUF=(اندازه مؤلفه توالی منفی ولتاژ)  / (اندازه مؤلفه توالی مثبت)

همانطورکه ملاحظه می­شود این استاندارد بر اساس تعریف مؤلفه های متقارن برابر با نسبت بین اندازه مؤثر مؤلفه منفی به اندازه مؤثر مؤلفه مثبت ولتاژ خط است. تعریف IEEE 112-1991 نیز همچنان به قوت خود باقی است.

علاوه بر تعریف درست عدم تعادل، در بسیاری از مقالات و محاسبات از تعریف NEMA برای محاسبه درصد عدم تعادل استفاده می­شود. شاید یکی از دلایل استفاده زیاد از این تعریف سادگی


مقطع : کارشناسی

بلا فاصاه بعد از خرید به ایمیلی که در مرحله بعد وارد می کنید ارسال می شود.