تحقیق مقاله کاهش سطح اتصال کوتاه شبکه

چکیده:

رشد سریع مصرف در شبکه‌ های برق با توسعه و گسترش منابع تولید و ایستگاههای تبدیل و توزیع همراه می‌باشد. کیفیت برقرسانی از نقطه نظر ایمنی و قابلیت اطمینان و ملاحظات پارامترهای اقتصادی ایجاد سیستم‌های بهم پیوسته را مدنظر قرار داده است که بدنبال آن مسائل دیگری از قبیل تامین پایداری شبکه و انتخاب سطوح ولتاژ بالاتر را در پی دارد. گسترش وسیع شبکه مسائلی را ایجاد می‌کند که در مواردی موضوعاتی با کیفیتی جدید و در موارد دیگر آنهایی هستند که بطور عام در شبکه‌های برقرسانی وجود دارند ولی در شبکه‌های بزرگ با سرعت بیشتر و بشکل حادتری بروز می‌کنند. یکی از عمده‌ترین این موضوعات افزایش سطوح اتصال کوتاه و چگونگی کاهش آن می‌باشد. موضوع این مقاله بررسی روشهای کاهش سطح اتصال کوتاه بویژه ارائه پیشنهادات در مورد بکارگیری این روشها در شبکه بهم پیوسته برق ایران است.

شرح مقاله:

یک شبکه الکتریکی که در شرایط عادی بکار مشغول است عهده دار وظایفی است که به آن محول شده است. بطور مثال در یک شبکه ساده انتقال نیرو از مرکز تولید به محل مصرف می‌بایستی تنظیمات و کنترل آنچنان باشد که فرکانس و ولتاژ مورد نظر مصرف کننده را در حد مشخص تامین نماید.

بدلایل مختلف مواردی پیش می‌آید که اختلافی در شرایط کار عادی شبکه بوقوع می‌پیوندد که در این حالت مقادیر کمیات الکتریکی شبکه مورد نظر از حدود نقطه کار عادی آن فاصله بسیاری دارند. طراحی تجهیزات و نحوه کنترل بایستی قابلیت تحمل و پیشگیری این شرایط ناخواسته را داشته باشد. اختلالاتی که در شبکه ایجاد می‌شوند متنوع هستند مانند قطع و وصل ناگهانی بار، خارج شدن و یا در مدار آمدن المانی از شبکه که خارج از قابلیت تحمل آن باشد. شدت افزایش اختلالات است که درجه اهمیت شناسائی و نحوه برخورد با آنها را مشخص می‌سازد. شاخص‌ترین آنها عیب‌های غیر متعارفی هستند که در شبکه بوقوع می‌پیوندد و با عنوان اتصال کوتاه می‌شناسیم. اتصال کوتاه در شبکه‌های سه فاز بستگی به نحوه اتصال فازهای مختلف با هم و یا با زمین انواع مختلفی دارند که مهمترین آنها اتصال کوتاه سه فازه است. اتصال کوتاه ممکن است در هر نقطه‌ای از ژنراتور تا المانهای موجود در پست و یا خطوطی ارتباطی رخ دهد. با گسترش شبکه‌های انتقال و افزایش خطوط انتقال نیرو بدلیل عوامل غیر قابل کنترل احتمال وقوع این حوادث بر روی خطوط انتقال نیرو به مراتب خیلی بیشتر از حوادثی است که در ایستگاهها بوقوع می‌پیوندند. دستیابی به کمیات الکتریکی در موقع بروز این حوادث بمنظور بکارگیری تجهیزات از نظر قابلیت تحمل و همچنین تنظیمات وسایل حفاظتی اهمیت محاسبات اتصال کوتاه را آشکار می‌سازد.

با توسعه شبکه‌های تولید و انتقال نیرو سطوح اتصال کوتاه شبکه افزایش می‌یابد و این مقادیر در مورد تاسیسات موجود از حدود قدرت تجهیزات بکار گرفته شده فراتر می‌روند و در نتیجه می‌بایستی  تجهیزات موجود تعویض شوند و در مورد طرحهای آینده تجهیزات با قدرت بیشتری انتخاب شوند.

تعویض تجهیزات در صورت جابجائی آنها در دستگاههای مختلف به همراه تقویت مناسب تجهیزات و یا انتخاب قدرتهای بالاتر علاوه بر محدودیتهای تکنولوژیکی از نقطه نظر اقتصادی هم مقرون بصرفه نمی‌باشد.

اگر فقط از همین دیدگاه به مسئله بنگریم لزوم کاهش سطوح اتصال کوتاه مشخص می‌شود و اهمیت بررسی روشهایی که کاهش سطوح اتصال کوتاه را سبب می‌گردند بارزتر می‌شود. در این رابطه عوامل افزایش سطوح اتصال کوتاه و روشهای کاهش آن و چگونگی کاربرد این روشها در شبکه برق ایران مورد بررسی قرار می‌گیرد.

1 افزایش سطوح اتصال کوتاه:

به جهت رسیدن به روشهایی که سطوح اتصال کوتاه را کاهش دهند قدری بیشتر به عواملی که سبب افزایش سطوح اتصال کوتاه می‌شوند می‌پردازیم زیرا که قبلاً این عوامل را باید شناخت و سپس به مقابله با آنها پرداخت. مهمترین این عوامل را بصورت زیر میتوان دسته‌بندی نمود.

11 بالا رفتن قدرت تولیدی نیروگاههای جدید:

نیروگاههایی که در رابطه با توسعه شبکه در مدار قرار می‌گیرند در مجموع از قدرت تولیدی بیشتری نسبت به نیروگاههای قدیمی برخوردار هستند و واحدهای جدید این نیروگاهها دارای قدرت زیاد می‌باشند. واضح است که با بالا رفتن مصرف نصب نیروگاههای جدید الزامی است و در مدار آمدن این نیروگاهها جریان اتصال کوتاه شبکه را بالا می‌برند. این افزایش در مورد پستهای نیروگاه و پستهای مجاور آن از شدت بیشتری برخوردار است.

21 افزایش مدار های ارتباطی:

در سطح ولتاژ معین بمنظور تغذیه بار های جدید در مراحلی از توسعه شبکه برای انتقال بار احداث خطوط ارتباطی جدید اجتناب ناپذیر است و همانطور که قبلاً هم اشاره شده به جهت بالا بردن ضریب اطمینان شبکه وجود ارتباطات بیشتر الزامی است.

جدا از مسائل فوق بهم پیوسته شدن سیستمهای نواحی مختلف هم عامل عمده‌ای در ایجاد اتصالات جدید و بالا رفتن سطوح اتصال کوتاه هستند. تأمین پایداری شبکه در سیستم های بهم پیوسته از عوامل مهم افزایش اتصالات و عامل تعیین کننده‌ای در انتخاب کلاس ولتاژ بالاتر است.

31 کلاس ولتاژ بالا:

در مراحلی از توسعه شبکه با توجه به میزان انتقال بار و اهمیت پایداری شبکه به دلایل فنی و اقتصادی کلاس ولتاژ بالاتری انتخاب می‌گردد. در مواردی که ولتاژ بالاتر برای تغذیه پست‌های با بارهای سنگین بکار گرفته می‌شوند به دلیل مشخصات الکتریکی مدارهای ارتباطی در کلاس ولتاژ بالاتر افزایش سطوح اتصال کوتاه مطرح است ولی با ارتباط سیستم جدید با ولتاژ بالاتر به سیستم موجود با ولتاژ پائین‌تر مسئله افزایش سطح اتصال کوتاه برای سیستم با ولتاژ پائین‌تر به صورت هادی مطرح خواهد شد.

41 پستهای تبدیل ولتاژ:

چنانکه در مرحله قبل ذکر شد انتخاب کلاس ولتاژ بالاتر به منظور انتقال بار بیشتر است که در مسیرهای انتقال از طریق ترانسفورماتورهای تبدیل ولتاژ در ایستگاههای مورد نظر این عمل انجام می‌گردد. محل ایستگاههای تبدیل در مراحل برنامه‌ریزی توسعه شبکه تعیین می‌شود. نکته مهم این است که وقتی در نقطه‌ای از شبکه چنین تبدیلی انجام شود در طرف ولتاژ پائین‌تر معمولاً مدارات موجود در این ایستگاهها ورود و خروج می‌گردندکه علاوه بر اتصال از طریق ترانسفورماتور به شبکه با ولتاژ بالاتر، افزایش تعداد مداراتی که با نیروگاهها در سطح ولتاژ پائین‌تر رینگ هستند باعث افزایش جریان اتصال کوتاه می‌گردند.

51 افزایش ظرفیت پستها:

جابجایی و یا اضافه شدن ترانسفورماتور ها به منظور بالا بردن ظرفیت پست از مواردی است که باعث افزایش جریان اتصال کوتاه و به خصوص در طرف فشار ضعیف پست ها توزیع می گردد.

2 روشهای کاهش سطوح اتصال کوتاه:

با توجه به شناخت عوامل عمده افزایش سطوح اتصال کوتاه به بررسی روشهای کاهش آن می‌پردازیم. خطوط اساسی کاهش سطح اتصال کوتاه را می‌توان بشرح زیر طبقه‌بندی کرد.

12 استفاده از تجهیزات با ظرفیت مناسب:

در مرحله‌ای که قدرت تجهیزات از سطوح اتصال کوتاه کمتر می گردد می‌توان اقدام به تعویض آن نمود و تجهیزاتی با قدرت بیشتر نصب کرد و همچنین با در نظر داشتن سطوح اتصال کوتاه آینده شبکه که برای فاصله زمانی مناسبی محاسبه گردیده ظرفیت تجهیزات مورد نظر را انتخاب نمود.

کاربرد این روش در شبکه‌هائی که زیاد گسترده نیستند معمول است و حتی در مورد شبکه‌های بسیار بزرگ هم تا جائی که امکانات تکنولوژی اجازه می‌دهد محدودیتی وجود ندارد ولی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

22 در نظر گرفتن کاهش جریان اتصال کوتاه در طراحی با احتساب معیار لازم بزای قابلیت اطمینان، پایداری و انعطاف‌پذیری سیستم:

منظور آن است که طرح پستها و اتصالات به گونه‌ای باشند که قابلیت مانور فراوان داشته باشند و در شرایط به خصوصی به توان امکانات تغذیه مناسب را از طریق آنها برقرار ساخت و یا اینکه راکتور سری که در زمان بروز عیب بتواند با پدیده افزایش جریان اتصال کوتاه مقابله نماید منظور شود. به عنوان مثال در ایستگاهائی که اهمیت آنها از این نظر بارز است با بررسی مشخص می‌شود که ترتیب شینه بندی و کلیدهای کوپلاژو تقسیم کننده چگونه باشد تا بتوان امکان جداسازی شینه‌ها و مانور خطوط بر روی شینه مورد نظر را فراهم آورد. هزینه در این روش با توجه به قابلیت مانور گران ولی از تجهیزات استفاده بیشتری حاصل می‌آید.

جداسازی شینه‌ها قابلیت اطمینان شبکه را در مواقعی که این عمل انجام شود پائین می‌آورد.

طرحهای ویژه اتصالات سیم‌پیچی ژنراتورها و ترانسفورماتورها سبب کاهش جریان اتصال کوتاه به مقدار مؤثری می‌گردند.

32 استفاده از وسایل محدود کننده جریان اتصال کوتاه:

استفاده از دستگاه های محدود کننده جریان اتصال کوتاه در شبکه‌ های بسیار بزرگی که حتی با بکا گرفتن کلیدهای با قدرت قطع 50 و 63 کیلو آمپر هنوز با افزایش سطح اتصال کوتاه مواجه می‌باشند مطرح گردیده است.