خلاصه سازي سيستم قدرت براي مطالعات گذرا

چكيده

در طراحي و آناليز سيستم قدرت، با توجه به گستردگي شبكه، براي مطالعه گذراي بخش محدودي از آن لازم است كه بقيه شبكه را بنحوي مدل نمود كه حجم اطلاعات و زمان محاسبات كاهش يافته و در عين حال دقت پاسخ نيز در حد قابل قبولي حفظ شود.

دستيابي به يك روش مطمئن كه مدل خلاصه شده‌اي براي حالت گذرا ارئه دهد كمك بزرگي به مطالعه گذراي سيستم خواهد نمود، چرا كه اگر بخواهيم مدل كامل سيستم را مورد مطالعه قرار دهيم علاوه بر‌اينكه زمان محاسبات بسيار بالا خواهد رفت ممكن است ابعاد شبكه به اندازه‌اي كه برنامه‌هاي آناليز گذراي شبكه قادر به تحليل آن نباشد.

روشهاي خلاصه كردن شبكه براي مطالعات پاسخ ماندگار سيستم براي خلاصه سازي شبكه در مطالعه گذرا قابل استفاده نيستند[6]. روشهاي خلاصه سازي متعددي در دهه اخير براي مطالعه گذرا پيشنهاد گرديده كه هر كدام داراي محاسن و معايبي هستند و تلاش براي ارائه يك روش عمومي كه دقت مناسبي داشته و به سهولت قابل استفاده باشد همچنان ادامه دارد.

آناليز حالتهاي گذراي متورهاي القائي و تأثير آنها بر شبكه‌هاي توزيع

انرژي الكتريكي

چكيده

در اين مقاله تأثير راه‌اندازي موتورهاي القائي بزرگ بر روي شبكه توزيع بررسي شده است. راه‌اندازي يك موتور به صورت انفرادي و چند موتور به صورت همزمان يا با فواصل زماني مشخص از هم، و تأثير متقابل موتور (موتورها) و شبكه توزيع بازاي امپدانس‌هاي مختلف باس بارها مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. در مقاله تأثير شبكه سه فاز نا متعادل بر روي عملكرد موتورهاي القائي در هنگام راه‌اندازي و بعد از آن، و تأثيرات متعاقب آن نيز گزارش شده است. نتايج حاصله نشان مي‌دهند كه راه‌اندازي موتورهاي القائي بزرگ مخصوصاً به صورت همزمان باعث افت ولتاژ لحظه‌اي شديدي در باس بار تغذيه مي‌شود. هرگاه موتورها به فواصل زماني مشخص از هم راه‌اندازي شوند دامنه اين افت ولتاژ كمتر ولي مدت دوام آن بيشتر خواهد شد. در صورتي كه شبكه نامتعادل باشد هارمونيكهايي در جريان ورودي موتور ايجاد و به شبكه تزريق مي‌گردد، ضمناً نامتعادلي شبكه باعث تأخير در راه‌اندازي موتور مي‌شود.

خازن گذاری

خازن‏گذاری در شبكه‏های توزيع باعث اصلاح ضريب‏قدرت و كاهش تلفات می ‏گردد. اين دو تأثير موجب آزادسازی قابل‏ملاحظه‏‏ ظرفيت شبكه‏ و توليد می شود. به‏طوركلی مزايای نصب خازن با نزديك ‏ترشدن محل نصب آن‏ به‏محل مصرف افزايش می ‏يابد. سطح ولتاژ هم به‏ نحو موثرتری‏ بهبود می يابد. با اين‏ حال تاكنون توجه كافی به‏ خازن‏گذاری در شبكه‏های توزيع و خصوصا" شبكه‏های فشارضعيف نشده‏بود. شايد مهمترين دليل اين كم‏توجهي "مقايسه نشدن هزينه‏های خازن‏گذاری با هزينه‏های سنگين احداث نيروگاه‏ و شبكه‏های انتقال‏ و توزيع" باشد.

با اجرای طرح : افزايش ولتاژ نقاط انتهايی فيدرهای فشارضعيف از حدود 4 تا 15 ولت بدون افزايش ولتاژ نقاط ابتدايي، كاهش جريان فيدرهاي فشارضعيف از 5 تا 20 درصد ، كاهش توان اكتيو و راكتيو فيدرها از 5 تا 20 درصد، كاهش10 تا 40 از تلفات فيدرهاي فشارضعيف، رفع نياز افزايش ظرفيت بسياري از فيدرها و ترانسفورماتورهاي توزيع، كاهش قابل‌ملاحظه قطعي كليد فيدرهاي پربار، جلوگيري از كم‌شدن طول عمر الكتروموتور وسايل خانگي مانند يخچال و فريزر به‎دليل افت ولتاژ قابل ملاحظه (افت ولتاژ موجب افزايش جريان دريافتي اين وسايل ، گرم شدن زياد سيم‎پيچي و درنتيجه كاهش عمر مي‎شود) و كاهش آلودگي محيط زيست به‎دليل كاهش توليد انرژي الكتريكي توسط نيروگاه‎ها (بخشي از انرژيي كه قبلا تلف مي‎شد) حاصل گرديد.

با خازن‏‏‏گذاري در مسير فيدرهاي فشارضعيف هوايي (به‎جاي ابتداي فيدرها) افت ولتاژ نقاط انتهايي فيدرها بدون افزايش ولتاژ نقاط ابتدايي ، جبران مي‏شود.

با خازن‏‏‏گذاري در مسير فيدرهاي فشارضعيف هوايي (به‎جاي ابتداي فيدرها) احتمال تشديدِ(رزونانس) ناشي از نزديكي محل نصب خازن و ترانسفورماتور ، به‏‏‏دليل قرار گرفتن خازن و ترانسفورماتور در طرفينِ بخشي از مقاومت فيدر ، منتفي مي‌گردد.

حدود نيمي از 25% تلفات پيك بار (با احتساب مصرف‏ داخلي نيروگاه‌ها) مربوط به‌ شبكه‏هاي فشارضعيف است. ازميان انواع مختلف خازن‏‏‏گذاري (در شبكه‏هاي انتقال‏ ، فوق‌توزيع ، فشارمتوسط توزيع ، ابتداي فيدرهاي فشارضعيف ، در مسير فيدرهاي فشارضعيف) تنها خازن‏‏‏گذاري در مسير فيدرهاي فشارضعيف مي‏تواند در كاهش تلفات شبكه‏هاي فشارضعيف و درنتيجه كاهش بزرگترين عامل ايجاد تلفات پيك بار موثر باشد.

تجربه 30 ساله نصب خازن در مسير شبكه‏هاي فشارضعيف هوايي خوزستان نشان مي‏‏‏دهد اين نوع خازن‏‏‏گذاري فشارضعيف ازنظر عدم بروز مشكلات بهره‌برداري ، جزو مناسب‎‎ترين روش‎هاي خازن‏‏‏گذاري است . شرکت مهندسی فناوران صنعت برق آماده ساخت و نصب انواع تابلو برق اصلاح ضریب قدرت (خازنی) جهت کارخانجات سراسر کشور می باشد.
در کارخانجات صنعتی معمولا دو کنتور سه فاز اکتیو و راکتیو نصب می شود که با نصب تابلو خازن می توان هزینه برق کنتور راکتیو را به صفر رساند.

مقره مهار

در خطوط توزیع ، برای پایه های واقع در ابتدا و انتهای خط ، و یا برای پایه های قرار گرفته در زاویه و به منظور خنثی کردن نیروی کششی که از یک طرف به پایه وارد می شود ، از سیم فولادی مهار استفاده      می شود این سیم مهار از یک طرف به سر تیر محکم می شود و از طرف دیگر به میله مهار و صفحه مهار در عمق 2 متری داخل زمین محکم می گردد . برای ایمنی و حفاظت بیشتر ( که اگر احتمالاً سیم مهار در بالا از طریق میلگرد تیر بتنی برق دار گردید ، سیم مهار در نزدیکی زمین برق دار نشود ) ، در وسط سیم مهار از مقره مهار استفاده می شود و سیم های مهار از دو طرف به مقره مهار متصل   می شوند . این مقره به گونه ای است که اگر شکسته شود سیم مهار رها نمی شود و البته باید تحمل نیروی کششی سیم مهار را داشته باشند . این مقره به صورت یک شش وجهی استوانه ای می باشد که دارای دو سوراخ عمود بر هم است . سیم مهار از طرف بالا به سوراخ پایینی وارد و از وجه مقابل به روی همان سیم برگشته و پیچانده می شود تا محکم گردد . سیم مهار طرف پایین نیز به طور مشابه ، روی سوراخ بالایی وارد و خارج می شود . بدین ترتیب ، ضخامت بین دو سوراخ ، سیم های بالایی و پایینی مهار را از هم ایزوله می کند .

تاسيسات برق رساني در تله – كانالهاي كشتيراني

در تله بارتون ( Barton Ship Lock ) روي كانال كشتيراني منچستر براي اولين بار از جريان آب مخصوص كشتيراني ، انرژي توليد ميگردد . توربين بين محدوده تراز آب بالادست و پائين دست كه به منظور انتقال 3000 كشتي در سال بين دريا و منچستر ترتيب داده شده كار ميكند . تاسيسات توليد برق كه داخل پمپخانه قديمي جا داده شده ، نوعي توربين نيمه كاپلان با محور افقي مي باشد . آب از طريق كالورت و يك پنستاك با قطر 3 متر از طريق دريچه با كنترل اتوماتيك به توربين هدايت ميشود و از طريق لوله مكش (draft) به حوضچه پائين دست تخليه ميگردد . شركت MSCC مسئول نگهداري تراز آب در حوضچه بالا دست و تخليه آن براي كشتيراني مطمئن ميباشد .

توربين بوسيله شركت Newmills Hydro در ايرلند شمالي و شركت سوئدي Karsbol Kraftverk طراحي و ساخت تقريبا بصورت انحصاري در نيوميلز انجام شده است . قطر توربين 2 متر ، با زاويه پره هاي متغير و تيغه هادي ثابت ميباشد. اين توربين با يك چرخ دنده راست زاويه، ژنراتور القائي را ميگرداند. كانال     بارتون از رودخانه Irwell تغذيه ميشود . متوسط جريان 18 m³/s بوده و در طول سال نوسان دارد . با توجه به دبي بالا و هد پائين ( 4/4 متر ) ظرفيت ذخيره سازي كافي در سيستم پيش بيني نشده و دريچه ها در معرض آسيب مي باشند .

شكل 1 - شكل شماتيك نصب ايستگاه hydro

  سبك جهت ارتقاي كيفيت شبكه هاي توزيع SVC

نخستين واحد SVC   سبك در ژوئن 1999 در كارخانه ابزار سازي Uddeholm   در شهر Hagfors   در كشور سوئد افتتاح گرديد . اين واحد چندان بزرگ نبوده اما  گواه تكنولوژي تازه اي مي باشد  .

  SVC   سبك براي جبران سازي ديناميك توان راكتيو ، تنظيم ولتاژ و پايداري در شبكه هاي توزيع به كار مي رود.

اين تكنولوژي جديد به استفاده مؤثرتر از سيستم قدرت ، كمك مي كند .

شركت   Uddeholm  يكي از شركت هاي پيشرو در كار ابزارسازي استيل در سطح جهان است اين شركت از يك كوره بزرگ براي ذوب ورق آلات فولادي قراضه استفاده مي كند كه انرژي زيادي را مصرف مي كند . كوره هاي قوس الكتريكي (EAF   ) اين كارخانه اغتشاشات قوي مانند لرزش ، هارمونيك ، نوسانات ولتاژ و عدم تعادل را در شبكه ايجاد مي نمايند كه  باعث سوسو زدن لامپ ها در خانه ها  يا تداخل با عملكرد كامپيوترها و وسايل حساس مي گردند. .

ويژگي جالب اين نوع ٍSVC  ها اين است كه ميتوانند توان راكتيو را بطور مداوم و دقيق كنترل نمايند . قلب اين سيستم از آخرين تكنولوژي نيمه هادي  هاي قدرت IGBT    تشكيل شده است . چند عدد از اين ترانزيستورها براي ايجاد يك مبدل، به صورت سري به هم متصل مي شوند . اين مبدل هاي منبع ولتاژ (VSC    )هم در خطوط  HVDCسبك   و هم در     SVC   سبك به كار مي روند .

نيمه هادي هاي قدرت را كه اخيرا ساخته شده اند  مي توان در ولتاژها ، جريان ها و فركانس هاي بالا نيز به كار برد . فركانس سريع سوئيچينگ آنها كه بيش از 1000 بار در ثانيه مي باشد ، امكان تخفيف نوسان را به خوبي فراهم مي كند امكانات پيشرفته سخت افزاري ونرم افزاري كامپيوترها امكان نظارت و كنترل اين نوع SVC  را فراهم آورده اند . SVC  مي تواند در كمتر از يك ميلي ثانيه وارد عمل شده و توان راكتيو را توليد يا مصرف كند .

SVC در كنار به حداقل رساندن اغتشاشات ناشي از مصرف كنندگان برق در Hagfors  و حومه آن ، راندمان كوره قوس الكتريكي ابزار سازي Uddeholm   را نيز بالا برده است . بواسطه كاهش اغتشاش در توان راكتيو ميتوان قدرت  اكتيو را افزايش داد .

SVC   سبك براي كوره هاي قوس الكتريكي (كارخانه فولاد ) ، كارخانه هاي توليد ورق آهن و فولاد و صنايع مشابه آن مناسب است . يكي از ديگر كاربرد هاي جالب آن در نيروگاههاي بادي است كه بازار آن رو به گسترش است.

خروجي متغير يك نيروگاه برق بادي ، اغتشاشات مختلفي را در شبكه ايجاد مي كند كه اين نوع SVC   ها مي توانند آنها را كاهش دهند  .SVC    سبك بهمراه  HVDC   سبك فرصتهاي مناسبي را براي مفيد و قابل استفاده نمودن توليد توان در مقياس كوچك فراهم  آورده اند.

منبع :   ABB

آدرس : http://www.abb.com/    

در آمريكا ( CHP ) سيستم هاي توليد همزمان حرارت و قدرت

چنانچه يك فناوري جديد ارائه شود كه بتواند هزينه انرژي را 40% ، آلاينده هاي اتمسفر را 50% كاهش و راندمان توليد انرژي را 20% افزايش دهد و سرمايه گذاري در آن در كمتر از 5 سال برگردد آيا نبايد صنايع و مصرف كنندگان مختلف انرژي براي خريد اين فناوري عجله كنند؟ قانون گذاران و مسئولان حمايت كافي براي رشد اين فناوري را بنمايند؟ اين فناوري وجود دارد و توليد همزمان قدرت و حرارت (CHP)  گفته مي شود ولي كمتر مورد توجه بوده است حتي فروش آن از سال 1997 به بعد در آمريكا بخاطر مسائل جانبي كاهش يافته است. اين مسائل قوانين خاصي است كه در بعضي ايالتها برقرار شده كه موانعي را در سر راه رشد CHP ايجاد كرده است. در زير يك نمونه ارائه مي شود.

دانشگاه ماساچوست (MIT) از سال 1985 به دلائل مختلف درصدد توليد انرژي مورد نياز خود بر آمد كه اين بيشتر بخاطر بالا رفتن هزينه مصرف انرژي دانشگاه بود. در اين راستا دانشگاه يك نيروگاه گازي 22 مگاواتي كه گاز طبيعي مصرف مي كند و تواما" حرارت خروجي توربين را جهت سيستم گرمايش بكار مي رود انتخاب نمود. اين سيستم 18% راندمان بالاتري در مقايسه با توليد الكتريسيته و بخار جداگانه داشته است. انتظار بر اين بود كه 40% هزينه هاي مصرف انرژي كاسته شود.

اولين مشكل MIT اخذ مجوز زيست محيطي قبل از ساخت نيروگاه بود. دانشگاه تا آن زمان حرارت مورد نياز خود را از دو بويلر قديمي  تأمين مي كرد و كنارگذاشتن آنها و نصب سيستم CHP جديد 45% آلودگي محيط را كاهش مي داد. تامين حداقل شرايط اداره محيط زيست بخصوص براي توليد NOx از مسائل اصلي طرح جديد بود. تكنولوژئي كه بتواند استاندارد محيط زيست را تأمين كند نياز به سرمايه گذاري زياد و تعبيه و ذخيره ميزان قابل توجهي آمونياك در محل دانشگاه است و اين خطرناك مي باشد. MIT توانست با شكايتي كه مطرح كرد با توجيه كاهش آلودگي در طرح جديد و مضر بودن آمونياك مجوز لازم را اخذ كند. با اين وجود با اينكه دانشگاه اين مسئله را پشت سرگذاشت و سيستم را تا سال 1995 نصب نمود ولي مسئله به اينجا ختم نگرديد. نصب سيستم جديد در دانشگاه MIT همزمان با بازسازي صنايع برق در ماساچوست بوده است در اين ارتباط شركت تأمين كننده برق دانشگاه (قبل از نصب سيستم CHP) درخواست هزينه اصلاح شبكه از دانشگاه نمود و حتي موضوع را به دادگاه كشانيد و دانشگاه با مسائل حقوقي درگير شد. حتي ممكن است بخاطر اينكه دانشگاه از شبكه خارج شده مجبور به پرداخت 5/6 ميليون دلار شود. گفتني است در اين راستا تلاش هاي ديگري در دست اقدام است تا قوانين محلي براي موارد مشابه معافيتهاي مالياتي را ملحوظ كند.

گرچه دانشگاه MIT در حال حاضر از سيستم CHP استفاده مي كند و هزينه انرژي آن پائين آمده و آلودگي ايجاد شده در مصرف انرژي كاهش يافته است ولي تلاشهاي زيادي براي برطرف كردن موانع پيش آمده صورت گرفته كه اين از عهده دانشگاه برآمده است ولي آيا موسسات ديگر آمادگي و توانائي جنگيدن در اين ارتباط را دارند؟

امروزه در سيستم هاي CHP با توجه به حجم حرارت و قدرت مورد نياز از سيستم هاي نيروگاههاي بخاري، نيروگاههاي گازي يا ديزلي و سيكلهاي تركيبي و حتي پيلهاي سوختي استفاده مي شود در پيلهاي سوختي انرژي شيميائي مستقيما" به انرژي الكتريكي تبديل شده و حرارت نيز توليد مي گردد. در سال 1997 ده كمپاني و گروههاي عام المنفعه از دولت آمريكا خواستند جهت كاهش آلودگي تا ميزان 25 ميليون متريك تن تا سال 2010 ، 36 GW انرژي از نوع CHP پيش بيني شود.

شكل (1)

شكل (1) ميزان پتانسيل CHP و كاهش كربن طي سالهاي آتي در آمريكا را نشان مي دهد. اين هدف معادل 70% افزايش در مقايسه با پيش بيني قبلي براي CHP در سال 2010 كه براي 49 GW بوده است مي باشد ولي همچنان كمتر از مقداري است كه بر اساس نظر كارشناسان قابل حصول است.

منبع :    مؤسسه تحقيقاتي NEMW (North East Middle West Institute)          -     سايت Energy Advantage

آدرس : http://www.nemw.org 

ها CT روش هاي تشخيص پيري :

اگر چه بازرسي دوره ائي تجهيزات فشار قوي در شركت هاي برق معمول است اما اين كار به تنهايي براي نگهداري  تجهيزات كافي نيست. شركت Red Electrica  de Espana (REE) دست به ابتكار تازه اي در زمينه نگهداري CT هاي فشارقوي زده است. از ميان 2000 ترانسفورماتور جرياني كه در شبكه اين شركت نصب شده اند حدود 73% در سطحKV 400 هستند كه طي ساليان گذشته بيش از سايرين دچار نقص شده اند.  شركت  REEدريافت كه CT هاي مورد آزمايش ساختار هاي گوناگوني دارند. حتي CT هاي ساخته شده توسط يك سازنده ساختارهاي متفاوتي دارند  براي مثال كاغذهاي گرافيت كربني كه براي بهبود توزيع ميدان الكتريكي و در تپ هاي خازنها  بكار مي رود اشكال متفاوتي دارند. براساس اين مشخصه هاي گوناگون مي باشد كه پيري الكتريكي و حرارتي عايق شكل هاي مختلفي از خرابي را ايجاد مي كنند كه بر عمر  CT تأثير مي گذارند.

توسعه کنترل کننده توان راکتیو KVA با هسته مغناطیس قائم کلاس 6.6 

 شركت برق توهوكو ويژگي اعوجاج يافتن جريان در هسته هاي مغناطيسي قائم  (orthognal magnetic core) را كه براي راكتورهاي توان متغير استفاده ميگردند اصلاح نموده است. ساختمان هسته هايي كه بصورتU شكل برش خورده و داراي مفصل گردان مي باشند بهبود داده شده است. اين شركت كاربرد اين هسته ها را گسترش داده و AVR هاي كنترل توان راكتيوكلاس 6.6 KVA و100 KVA  را با بكار گيري هسته هاي قائم براي راكتورهاي توان متغير توسعه داده است.

ولتاژ خطوط توزيع بلند به طور رايج با تنظيم كننده هاي ولتاژ پله اي   (Step Voltage Regulator) SVR توسط تغيير تپ آنها تنظيم مي گردند. اما SVRها نمي توانند افت ولتاژهاي ناشي از جريان شديد راه اندازي موتور، دستگاههاي تهويه و سرمايشي و گرمايشي كامپيوتري، يا تغييرات سريع ولتاژ منابع تغذيه توزيع شده مانند منابع خورشيدي را دنبال كنند. SVRها بواسطه فرسودگي ناشي از برخورد اتصالات داراي محدوديت هاي بيشتري براي عمل كردن و نگهداري مي باشند. بخش R&D  اين شركت در حال توسعه كاربرد AVR هاي  كنترل توان راكتيو با استفاده از هسته هاي مغناطيسي قائم فولاد سخت مي باشد.

شكل (1) هسته مغناطيسي قائم را كه از دو هسته U شكل برش خورده تشكيل شده است و نسبت به يكديگر 90 درجه گردش كرده اند نشان مي دهد.

شكل (1) : هسته مغناطيسي قائم از دو هسته U شكل

شركت برق آيداهو واقع در ايالت آيداهوي آمريكا، درسال 1996 برنامه اي را براي تصحيح ناكارايي جبران سازي توان راكتيو كه منجر به كاهش ولتاژ در سيستم توزيع شده بود، شروع كرد. ضمن اينكه پيك درمصرف، مشكل نگهداري حاشيه مطمئن توان راكتيو سيستم نيز وجود داشت. اگرچه جبران سازي بار راكتيو را به شيوه هاي مختلفي مثلا"در محل توليد انرژي، با استفاده ازكندانسورهاي سنكرون و يا در محل پستها ودر شبكه توزيع ( با استفاده از بانكهاي خازني ) ميتوان انجام داد، اما بهترين شيوه براي جبران سازي بار راكتيو، استفاده ازبانكهاي خازني در محل بار است.

هنگام استفاده از بانك هاي خازني توزيع، دراكثراين موارد، عمل كنترل با استفاده ازكليدهايي صورت ميگيرد كه بصورت دستي و با لحاظ كردن شرايط فصلي، خازنها را وارد يا از مدارخارج ميكنند. چنين كنترلي، مؤثر وكارا نمي باشد زيرا در شرايط پيك بار، سيستم توزيع دچار كمبود توان راكتيو و در شرايط باركم، دچار اضافه توان راكتيو ميگردد. اگرچه بانك هاي خازني توزيع، تك تك و كوچك هستند اما اثر مجموع آنها بر سيستم قابل ملاحظه است. هدف از برنامه اي كه از سوي اداره طراحي توزيع ارائه شده بود، ابداع سيستمي در دل سيستم مديريت انرژي موجود بود كه در آن بانكهاي خازني در فيدرهاي توزيع با توجه به ميزان توان راكتيو مورد نياز درپست ها انتخاب شوند.

کات اوت فیوز الکترونیکی:

كات آوت فيوزهاي جديد  (Chance Ressetable Sectionalizer)  CRS  : كات آوت فيوزهاي قديمي هم در برابر خطاهاي دائم و هم در برابر خطاهاي موقتي از خوود واكنش نشان داده و عمل مي كنند در كات آوت فيوزهاي جديد يك مدار الكترونيكي در مسير فيوز عمل كننده نصب شده كه باعث مي شود كات آوت فيوز هماهنگ با ركلوزر قبل از خود عمل كرده و به اين ترتيب فقط با وقوع خطاهاي دائمي عمل نموده و قسمت   تحت حفاظت از سيستم را ايزوله كند. همچنين اين كات آوت فيوز نيازي به تغيير يا تعويض فيوز ندارد و بعد  از عملكرد بدون هيچگونه وسيله اضافي مي توان آن را دوباره وصل كرد.

منبع : موسسه Hubbell

آدرس:http://www.hubbellpowersystems.com