انواع اضافه ولتاژ در سیستم های قدرت

انواع اضافه ولتاژ در سیستم های قدرت
1- اضافه ولتاژهای موقت : (Tran Siant)
این اضافه ولتاژها دارای فرکانس 50 هرتز و زمان سوارشدن این موج برروی موج اصلی حدود میلی ثانیه است. پس در این حالت چونکه مدت زمان این حالت گذرا بسیار زیاد می باشد از لحاظ انتخاب دستگاههای حفاظتی بسیار مهم می باشد. در طراحی کلیدهای قدرت وبرقگیر و خازن های برقگیر حالت Transiant به دلیل زمان زیادش مد نظر می باشد. برای بررسی بیشتر می توانیم بگوئیم که این نوع پدیده از تخلیه الکتریکی جوی روی خطوط انتقال و قطع و وصلهای سریعی که معمولا در شبکه ایجاد می گردد ناشی می شود. این حالتهای گذرا سرشتی کاملا الکتریکی دارند و تنها در خطوط انتقال سیستم های قدرت دیده می شوند. از نظر فیزیکی اختلالی از این نوع منجر به یک سری موج الکترومغناطیسی می شود که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در طول خطوط منتشر می شود و موجب افزایش دامنه امواج برگشتی در پایانه های خط می گردد. که بعد از چند رفت و برگشت در طول خط در طی چند ثانیه به دلیل تلفات موجود در خطوط ، این امواج تضعیف می شوند و پس ازچند رفت و برگشت این امواج میرا می‌گردند یعنی از بین می روند. اندوکتانس بزرگ ترانسفورماتورها در اغلب مواقع به طور موثری مانع از ورود این اختلالات به سیم پیچهای ژنراتور می شود ولی برگشت این اختلالات موجب تولید موجهای با دامنه ولتاژ زیاد می شود ولی برگشت از این اختلالات موجب تولید موجهای با دامنه ولتاژ زیاد می شود که قادر است عایق تجهیزات فشار قوی را لطمه بزند. بارهای الکتریکی گذرا می توانند از طریق برقگیرها به زمینه انتقال یابد. ولی اگر عایق تجهیزات یا خطوط آسیب ببینند این امواج گذرا منجر به حالتهای گذرای جدیدی از نوع کند می شوند.
2- اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی (Fast Transiant)
این اضافه ولتاژها ناشی از قطع ووصل کلیدها می باشد که فرکانسی در حدود 50 هرتز تا 20 کلیوهرتز می باشد که مدت زمان اثر این امواج گذرای سریع در حدود میکروثانیه است.
3- اضافه ولتاژ های صاعقه (Fast Transiant)
اضافه ولتاژهای تخلیه جوی دارای فرکانس بالایی هستند این فرکانس در حدود 10 کیلوهرتز تا 3 مگاهرتز می باشند و مدت زمان گذر این موج در حدود نانوثانیه است.
4-اضافه ولتاژهای مربوط به پست (Very Fast Transiant GIS)
این اضافه ولتاژها مربوط به پستهای (SF6) می باشند و دارای فرکانسی در حدود 100 کیلو هرتز تا 5 مگاهرتز و مدت زمان اثر این موج نانوثانیه می شود. دسته بندی حالتهای گذرا حالتهای گذرا را در قبل بر اساس فرکانس و زمان اثر آنها برشمردیم حال به بررسی این پدیده‌ها و علل و بروز آنها و سرعت آنها می پردازیم. الف) حالتهای گذرا فوق سریع – ( پدیده موج) این نوع پدیده های گذرا از تخلیه الکتریکی جوی روی خطوط انتقال و قطع و وصل های سریع که معمولا در شبکه ایجاد می گیرد ناشی می شود. این حالتهای گذرا سرشتی کاملا الکتریکی دارند و تنها در خطوط انتقال دیده می شوند. از نظر فیزیکی اختلال از این نوع منجر به یک موج الکترومغناطیسی می شود که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در طول خطوط منتشر می شود و موجب افزایش دامنه امواج برگشتی در پایانه های خط می گردد که بعد از چند رفت و برگشت در طول خط در طی چند ثانیه به دلیل تلفات موجود در خطوط این امواج به صورتی تضعیف می شوند و پس از چند رفت و برگشت از بین می روند. این حالتهای گذرا باعث صدمه رساندن به عایقهای ترانسها و ژنراتورهای سنکرون و عایق خطوط و همچنین موتورهای سنکرون می گردند که پس از صدمه رساندن به عایق ومقره ها باعث می گردند که اتصال کوتاهی یا حالت گذرا خطایی در آن نقطه بوجود بیاید. که در تست عایقی انواع مقاومت در مقابل اضافه ولتاژها و همچنین اتصال کوتاهها و صاعقه ها در آزمایشگاه فشار قوی این موارد مورد بررسی کافی قرار می گیرند که برای جلوگیری و یا حتی عدم بروز جنین حالت گذرایی منجر به طراحی مقره ها و یا حتی منجر به طراحی فاصله هوایی مناسب و طراحی و ساخت عایقهایی که قدرت تحمل ولتاژهای گذرا را داشته باشند و حتی در مواردی هم که بتوانیم صدمه زدن ولتاژهای گذرا به تجهیزات جلوگیری کنیم. برقگیرهایی را با توجه به امواج گذرای آن طراحی می کنیم. که برای محافظت از تجهیزاتی مثل ترانس و ژنراتور در کلیدهای قدرت آنها برقگیرهایی مناسب نصب می کنند تا بارهای الکتریکی گذرا از این طریق به زمین انتقال پیدا کند که همانطور که دیدیم این قسمت از حالتهای گذرا مبنایی برای انتخاب سطح عایق بندی و تجهیزات خط خواهد بود. ب) حالتهای گذرای نیمه سریع «‌پدیده اتصال کوتاه » تعداد زیادی اتصال کوتاه که در خطوط انتقال بدون حفاظ روی می دهند ناشی از شکست الکتریکی عایقها براثر موجهای تولید شده می باشند. و یا خرابی در مقره ها و عواملی مثل باران و برف و یخ زدگی مقره ها و همچنین برخورد اجسام خارجی با خطوط و سایر عوامل مکانیکی دیگر باعث چنین پدیده ای می گردد. بدین منظور است که در سیستم ما انواع و اقسام اتصال کوتاههای خطوط اتفاق می افتد که به بررسی انواع اتصال کوتاهها می پردازیم. 1- اتصال کوتاه براثر برخورد سه فاز به یکدیگر بوجود می آید . اتصال سه فاز ممکن است مستقیما و با امپدانس صفرصورت گیرد و یا از طریق سه آمپدانس مساوی Zf بین هر فاز و نقطه صفر(زمین)‌بوقوع بپیوندد. 2- اتصال کوتاه دوفاز به همدیگر در این صورت باید دو وضعیت مورد بررسی قرار گیرد. در حالت اول دوفاز فقط به یکدیگر وصل می شوند. ودر حالت دوم دوفاز همزمان به زمین نیز متصل می گردند. 3- اتصال کوتاه یک فاز به زمین :در حالتی است که فقط برای یک فاز حطا اتفاق بیافتد و دو فاز دیگر سالم هستند. 4- از هم گسیختگی و یا پارگی هادیهای خط انتقال اغلب اتصال کوتاهها در سیستم های قدرت بیش از 75% از نوع اتصال کوتاه یک فاز به زمین می باشد که معمولا براثر شکست الکتریکی و ایجاد جرقه روی مقره ها پدید می آیند. احتمال وقوع اتصال کوتاه دوفاز نیز بیشتر از اتصال کوتاه متقارن می باشد. گرچه احتمال وقوع اتصال کوتاه متقارن بسیار کم ( حدود 5%) می باشد لیکن بسیاری از محاسبات کلاسیک سیستم ها نظیر انتخاب کلیدهای قدرت بررسی پایداری گذرا و حفاظت از سیستم های قدرت برمبنای جریانهای اتصال کوتاه متقارن بنا شده اند. ظرفیت انتقال قدرت یک خط انتقال براثر اتصال کوتاه متقارن به صفر می رسد در حالیکه در اتصال کوتاههای نامتقارن قسمتی از قدرت قبلی خط منتقل می گردد. علاوه برکاهش ظرفیت انتقال قدرت ، جریانهای زیاد اتصال کوتاه می تواند به وسائل و تجهیزات سیستم آسیب برساند و لذا محل های اتصال کوتاه شده در اسرع وقت باید از سیستم قدرت جدا شوند. بنابر این مطالعه سیستم قدرت در شرایط اتصال کوتاه برای حفاظت سیستم و تعیین مقادیر نامی کلیدهای قدرت در رله ها و وسایل حفاظتی و برق گیرها کاملا ضروری می باشد. بسیاری از اتصال کوتاهها موقتی بود و بخودی خود برطرف می گردند. بهمین منظور در عمل در بعضی نقاط سیستم از کلیدهای وصل مجدد استفاده می گردد. این کلیدها پس از وقوع اتصال کوتاه یک یا دوبار و یا بیشتر وصل می شوند تا از برطرف شدن اتصال کوتاه مطمئن شونداگر پس از یک ، دو یا چند باروصل مجدد هنوز اتصال کوتاه برقرار باشد کلید به طور دائمی بازخواهند ماند. زمان کلی عمل این کلیدها ممکن است تا یک ثانیه نیز بطول انجامد. اتصال کوتاه متقارن باعث می شود تا ظرفیت انتقال توان یک خط به سرعت صفر برسد، اتصال کوتاههای دوفاز باهم و زمین تکفاز بازمین باعث از کارافتادن خط خواهد شد. اتصال کوتاههایی که در سیستم روی می دهند نه تنها باعث قطع کامل شارژ انرژی ، باعث افزایش انرژی در بخشهایی از سیستم می شوند. بلکه دامنه خودآنها ممکن است به مراتب بیشتر از جریان نامی ژنراتورها و ترانسفورماتورهای سیستم باشد. که تداوم شارژ چنین جریانهایی باعث بالارفتن دمای تجهیزات و آسیب رساندن به سیستم قد
رت وتجهیزات و ژنراتورها می‌باشد. ج) حالتهای گذرای کند ( پایداری در شرایط گذرا) یک اتصال کوتاه باعث فروپاشی ولتاژهای باس سیستم است. با کاهش ناگهانی ولتاژهای ژنراتور توان خروجی آن بی آن نیز به سرعت کاهش می یابد. چون در لحظاتی پیش از آنکه کنترل کننده های مکانیکی توربین وارد عمل شوند. توان ورودی به ژنراتور ثابت میماند. در نتیجه هر کدام از ژنراتورها در معرض یک گشتاور شتاب دهنده واقع می شوند که در صورت تداوم میتواند به خطرناک ترین حالتهای گذاری یک سیستم قدرت یعنی نوسانات مکانیکی روتور ماشین سنکرون منجر می شود (SSR) که چنین اتفاقی باعث خاموشی بخشی از سیستم قدرت یا تمامی آن می‌شود.