نوسانات ولتاژ

بحث نوسانات ولتاژ و تاثييرات موقتي آن روي سيستم برق شايد در ابتدا به علت موقتي بودن اين اثرات از اهميت زيادي برخوردار نباشد ولي با دقت در اين موضوع كه اين نوسانات با عبور از روي شبكه برق و گذر كردن از روي تجهيزات و وسايل حساس برقي و با توجه به دامنه بالاي اين اثر مي تواند صدمات جبران ناپذيري به تجهيزات وارد كرده و باعث مي گردد اهميت اين موضوع دو صد چندان گردد و حتي مي تواند باعث ناپايداري خط عبوري انرژي گشته و صدمات جبران ناپذيري ايجاد كند .

بنابراين بحث در مورد عوامل ايجاد كننده و تاثير گذار بر اين موضوع ايجاد راهكاري مناسب براي كم كردن اثرات نامطلوب اين موضوع و حدالامكان حذف كردن آن مي تواند كمك قابل توجهي به صنعت انتقال و توزيع برق داشته باشد و كمك شاياني به پايداري هر چه بيشتر سيستم انتقال نمايد. اما اكنون بايد ببينيم چه عواملي ايجاد كننده ي اين اثر نامطلوب مي تواند باشد اگر از خود بارهاي الكتريكي بحث را شروع كنيم مي بينيم كه بارها نيز مي تواند به عنوان يك عامل تاثير گذار در اين موضوع باشند بارهايي نظير كوره هاي الكتريكي موتورهاي الكتريكي و دستگاههاي جوش سهم به سزاييدر اين مطلب دارند و پديده هايي نظير flicker ولتاژ نيز مسئله با اهميتي است كه در جاي خود به بررسي آنها مي پردازيم .

در ابتداي تبديل شدن اختراع برق بعنوان يك صنعت همه گير از آن بيشتر براي مصارف خانگي استفاده مي گردد كه اين مسائل از اهميت چندان زيادي برخوردار نبود ليكن با استفاده روز از فزون اين پديده جديد انرژي در صنعت اين مسائل اهميت خود را بخوبي نشان داد .

البته بايد توجه داشت اين موضوع با افت ولتاژ دائمي در طول يك خط انتقال برق كاملا متفاوت مي باشد .

• نوسانات ناشي از راه اندازي تجهيزات خاص در كارخانجات كه در هنگام شروع كار احتياج به مصرف بالايي دارند .
• يكي ديگر از مسائل با اهميت كه باعث بوجود آمدن بحث پيچيده و با اهميت حفاظت در شبك هاي مختلف مي گردد بحث تغييرات ولتاژ ناشي از خطاهاي گذرا در شبكه .

1-1 نوسانات ولتاژ ناشي از بارهاي مختلف :

مي توان علت ايجاد اين نوسانات را اينگونه بررسي نمود كه با وارد شدن انواع بارهاي الكتريكي به شبكه با كشيدن جريان به سمت خويش باعث تغيير يكباره ميزان انرژي داخل شبكه برق مي گردد كه با افت ولتاژ ناگهاني در شبكه روبرو خواهيم بود كه البته در مورد بارهاي كوچك مي توان با استفاده از رگولاتورها اين مسئله را حل نمود ليكن در مورد بارهاي بزرگتر مانند كوره هاي القايي و موتورهاي جوش بزرگ اين راه نمي تواند براي نوسانات ناگهاني در ولتاژ خط كار موثري انجام دهد و باعث نوسانات ناگهاني در ولتاژ خط گردد .

اما محدوده مجاز اين نوسانات براي بارهاي مختلف ؟

براي بررسي آن ابتدا مفهمومي تحت عنوان flicker ولتاژ را بررسي مي نماييم .

هر عاملي كه باعث تغيير دامنه ولتاژ حتي در زمان خيلي كم گردد مي توند عاملي براي ايجاد flicker ولتاژ باشد مانند سوييچ كردن بارهاي مختلف چون جريان هجومي در لحظه راه اندازي از جريان حالت دايمي بيشتر مي باشد بعنوان مثال راه اندازي موتورها يكي از منابع اصلي و معمولي ايجاد فليكر مي باشد هم چنين بارهايي كه بصورت متناوب كار مي كنند و مانند دستگاههاي جوش قوسي يا نقطه اي و همچنين سوييچ كردن  ادوات تصحيح ضريب قدرت مانند انواع بانك هاي خازني.

روشهاي جبران و تصحيح فليكر :

در اين مورد بايد به چند نكته توجه داشت كه بارهاي متصل به شبكه هاي ضعيف در مقابل بارهاي متصل به شبكه هاي بهم پيوسته (stiff net work)  داراي نوسانات بيشتري خواهد بود .

در مورد راه اندازي  موتوري مي توان با استفاده از راه اندازها اين مسئله را كاهش داد .

در مورد بانك هاي خازني اگر همراه با بار سوييچ گردند هم مي توانند اثر نامطلوب وارد شدن خود آنها را كاهش داد بلكه مي توان اثرات مخرب بارها را نيز كاهش داد .

بررسي اثرات TOV  بر يك شبكه نمونه :

هنگام بي بار بودن شبكه قدرت براي يك مدت طولاني اضافه ولتاژ خطوط متصل به ژنراتور ها  مي تواند به يك TOV خطرناك منجر  گردد و حتي مي توند باعث ناپايداري آن قسمت از شبكه  گردد و به تجهيزات آن قسمت صدمه وارد مي كند بعنوان يك راه مقابله با آن اين است كه مطمئن باشيم در هنگام ولتاژ فرمان trip توسط دستگاههاي حفاظتي داده مي گردد و خط جدا مي گردد و هنگامي recloser بسته مي گردند كه اضافه ولتاژ از بين رفته باشد و نوسانات ولتاژ از بين رفته است .

براي تعيين مدت زمان قابل تحمل براي تجهيزات كه منجر به از بين نرفتن عايق آنها مي باشد به 3 دسته تقسيم مي گردد :

1- ولتاژ بيش از pu 1/6                  ms125

2- ولتاژ بيش از pu 1/4                    ms 250

3- ولتاژ بيش از pu 1/25                 sec1

بر اساس اين آزمايش ها نتايج تاثير اضافه ولتاژ در 2 پست بدست آمده است :

اين اضافه ولتاژ ها ناشي از وصل كردن بانك خازني يا خطا (بعد از رفع كردن ان ) يعني براي خطا بعد از 6 سيكل و براي بانك خازني بعد از 4 سيكل از بين ميرود و احتياج به هيچ وسيله ي حفاظتي نمي باشد .

اضافه ولتاژهاي ناشي از كليد زني :

اضافه ولتاژهاي ناشي از كليد زني اكثر در خطوط uhv , EHV   مطرح مي گردد تا در طراحي سطح عايقي خطوط هوايي و كابل هاي زميني مورد توجه قرار گيرد اضافه ولتاژ ناشي از كليد زني در كابل هاي  KV63  , KV 20  قابل توجه مي باشد و علت آن هم عدم خود  ترميمي كابل هاي زميني مي باشد اما اين خود ترميمي چه مي باشد .

اگر به يك خط هوايي دقت گردد ديده مي شود با آمده اضافه ولتاژ بر روي خط هواي اطراف خط يونيزه شده و برقگير ها عمل كرده و اين اضافه ولتاژ را DAMP مي كنند و تا آمدن اضافه ولتاژ بعدي اين هواي يونيزه شده جابجا مي گردد و ديگر نمي تواند مشكل ساز گردد اما  اين موضوع در مورد كابل هاي زميني متفاوت مي باشد چون در آنها اين اضافه ولتاژ ها نمي توانند damp گرداند و اگر كابل مورد اصابت نتواند اين اضافه ولتاژ لحظه اي را تحمل نمايد آن كابل را از دست خواهيم داد .

اين موضوع در مورد كابل هاي زميني كه مابين دو قسمت خط هوايي قرار مي گردد به شدت تاثير گذار مي باشد و اين موضوع با توجه به تعداد خاموشي هايي كه بعضي مواقع مواجه هستيم داراي اهميت فوق العاده بالايي مي باشد

اگر سيستم مورد تغذيه مانند شكل زير باشد با اطلاعات موجود :

و كابل تغذيه زميني بصورت 3 كابل تك فاز زميني شبيه سازي شده باشد و كابل ها در عمق 50 سانتيمتري از زمين قرار گرفته باشد و فاصله فازها 10 سانتيمتر باشد و جنس عايق اصلي از نوع     PVC بوده و عايق بيروني از نوع XPELE   مي باشد و داراي  SHEA  از نوع مس باشد .

به منظور بررسي اضافه ولتاژ ناشي از برقدار كردن  اين خط 10 عمل كليد زني انجام گرفته است در زمانهاي مختلف و با توجه به يك برقگير از نوع   zno  با مشخصه اسمي kv 21  و نتايج بررسي ناشي از اين شبيه سازي در جدول زير آمده است :

D	C	B	A
03/2	95/1	3/1	135/1	فاز a
28/2	15/2	43/1	12/1	فاز b
32/2	12/2	42/1	13/1	فاز c

و مشاهده مي گردد اضافه ولتاژ در انتهاي مسير يعني نقطه D از همه بيشتر مي باشد زيرا با افزايش طول مسير اين اضافه ولتاژ نيز بيشتر مي گردد پس باز هم اهميت اين موضوع بيش از پيش تاييد مي گردد چون در انتها اين اضافه ولتاژ به بار مي رسد .

در حالت دوم فرض شده است كه SHEATH مسي كابل در ابتدا و انتهاي مسير زمين گذشته است و نتايج به صورت زير بوده است :

D	C	B	A
22/3	21/2	79/1	09/1	فاز a
17/3	15/2	84/1	09/1	فاز b
32/2	3/2	82/1	12/1	فاز c

پس مشاهده مي گردد با زمين كردن SHEATH كابل به شدت اثر قابل ملاحظه اي بر كاهش اضافه ولتاژ در انتهاي مسير دارد و علت آن هم بوجود آمدن مسيري براي عبور جريان سوييچينگ مي باشد .

اضافه ولتاژهاي موجي در شبكه فشار ضعيف و حفاظت مصرف كنندگان در برابر آن :

در بسياري از موارد شاهد آسيب ديدن تجهيزات و  دستگاههاي حساس ناشي از اضافه ولتاژهاي شبكه در هنگام رعد و برق مي باشيم اين امر نشان دهنده ي بوجود آمدن دامنه ولتاژ هايي فراتر از حد تحمل عايق دستگاه مي باشيم .

الف ) اضافه ولتاژهاي موقت با فركانس  اين اضافه ولتاژها كه مي توانند از كسري از ثانيه تا مدت هاي طولاني را دارا باشند عللي از اين قبيل دارند :

الف 1- خرابي عايق بين سيم پيچ هاي فشار ضعيف و قوي در اثر ايجاد يك خطا درون ترانس .

الف – 2 : پاره شدن هادي فشار متوسط و افتادن آن روي فشار ضعيف

الف – 3 : انتقال اضافه ولتاژ از طريق تزويج و القا بين اتصالات زمين ترانس و شبكه در موارد طراحي و اجراي ناصحيح يا خطاي متقارن

الف – 4 : وصل فيوزهاي كات اوت سمت فشار متوسط با فواصل زماني طولاني در نتيجه يك يا دو فاز باقي ماندن شبكه .

الف – 5: اتصالي هاي نامتقارن

الف- 6 : بارهاي شديدا نامتقارن

الف – 7 : وقوع رزوناس و فرو رزونانس

الف – 8 : قطع ناگهاني بار

ب) اضافه ولتاژ هاي گذرا يا فركانس هاي كيلو يا مگاهرتز : اين اضافه ولتاژ ها كه مي توانند از كسري از ثانيه تا مدت هاي طولاني را دارا باشند عللي از اين قبيل دارند :

ب- 1 : اصابت مستقيم صاعقه به خط كه البته احتمال آن كم است .

ب- 2 : تخليه جريان صاعقه به زمين در نزديكي خط توزيع مي تواند اضافه ولتاژهاي بالايي را القا كند :

ب- 3 : انتقال اضافه ولتاژ از طرف فشار قوي به فشار ضعيف ترانس بصورت الكتروستاتيكي يا الكترو مغناطيسي

ب- 4 :  كليد زني نامناسب

راه افتادن اين اضافه ولتاژ ها مي تواند صدماتي را به تجهيزات وارد كند و براي جلوگيري از اين صدمات عايق ها بايد بتواند اضافه ولتاژي به اندازه ي (+100    2   را تحمل كنند پس بهتر است راهي براي حفاظت آن انجام دهيم .

يكي از مهمترين راههاي انتقال اضافه ولتاژ از طريق ترانس ها مي باشد كه اضافه ولتاژ را از فشار قوي به فشار ضعيف انتقال مي دهند .

اين اضافه ولتاژ به دو صورت الكترواستاتيكي و الكترومغناطيسي مي باشد :

مكانيزم انتقال الكترواستاتيكي موج ضربه :

هنگامي كه يك موج ولتاژ ضربه مانند صاعقه اي كه به خط مي خورد به ترانس مي رسد در اولين لحظه فقط خازنهاي ذاتي سيم پيچ دخالت دارند و نقش توزيع و تقسيم ولتاژ را بر روي سيم پيچ فشار قوي باز مي كنند .

سيم پيچ فشار ضعيف كه به هسته زمين شده ي ترانس نزديكتر است يك خازن كلي زمين شده ي c1 را تشكيل ميدهد:

با توجه به  مدار معادل شکل 1 مدار بصورت مقسم خازنی عمل کرده و

در این حالت دامنه اضافه ولتاژ منتقل شده به طرف ثانویه ربطی به نسبت تبدیل سیم پیچ های ترانس ندارد و تابع شکل ساختمانی سیم پیچ، جنس عایقی سیم پیچ و فواصل عایقی ترانس خواهد بود .

القا الکترو استاتیکی از سمت فشار قوی به فشار ضعیف دارای مدت زمان بسیار کوتاهی است زیرا بعد از مدت زمانی اجزای سیم پیچ یعنی سلف و مقاومت آن وارد کار شده و موج ولتاژ را damp  می کنند اما به علت بزرگی دامنه آن می تواند تاثیر خود را داشته باشد . برای کاهش این القا می توان 2 کار انجام داد طریق اول آن است که c2   را بزرگتر انتخاب نماییم و روش دوم آنست که حفاظ زمین شده یعنی از earthed  shield          استفاده نماییم که هر دو روش کاربرد عملی دارد .

ب- مکانیزم الکترو مغناطیسی انتقال منبع ولتاژ ضربه به ثانویه :

مدار معمولی ترانس دارای 2 سلف سری و یک سلف موازی می باشد . سلف های سری بیانگر فوران مغناطیسی ناشی از فضای سیم پیچ ها را کانال عایقی ما بین آنها می باشد سلف موازی نشان دهنده ی فوران اصلی عبوری از هسته ترانس می باشد .

در اولین لحظه ی برخورد موج ضربه به ترانس توزیع ولتاژ تابع ظرفیت خازنی ترانس می باشد و موج ضربه به طور الکترومغناطیسی به ثانویه منتقل می گردد در این حالت فرکانس غالب حدود کیلو هرتز می باشد امپدانس موجی خط که C , L  آن به ترتیب نشانگر اندوکتانس سری و خازن موازی خط می باشد طبق رابطه زیر تعریف می گردد :

با استفاده از مدار معادل ترانس دامنه ولتاژ ضربه منتقل شده به سمت فشار ضعیف به طریقه الکترو مغناطیسی پس از برخورد یک اضافه ولتاژ پله ای با دامنه V   به سمت فشار قوی ترانس برابر خواهد بود با :

در تشریح این پدیده باید گفت بعد از مرحله اول که القا فقط بصورت خازنی فقط می باشد ایجاد جریان ر اثر موج صاعقه در سیم پیچ اولیه القا ولتاژ به ثانویه از طریق میدان مغناطیسی بیرون هسته آغاز و پیشانی موج ولتاژ ضربه ساخته می گردد پس از لحظاتی کوتاه میدان مغناطیسی در هسته نیز آغاز می گردد و با فعال شدن شاخه موازی مدار معادل پشت موج ولتاژ القا شده به ثانویه نیز ساخته می گردد و انتقال موج ضربه نیز به سرعت انجام می گردد و می تواند برای عایق های طرف ثانویه و تجهیزات طرف ثانویه خطر آفرین باشد دامنه ولتاژ القا شده به ثانویه تا 15 درصد دامنه اولیه نیز گزارش شده است تحمل عایقی سمت فشا قوی ترانس بسته به کلاس عایقی مربوطه در برابر ولتاژ های ضربه ای برابر با 95 یا 125 کیلو وات است .

در عمل به وجود آمدن اضافه ولتاژ هایی با دامنه حداکثر 90 کیلو ولت متحمل می باشد به همین علت نصب و راه اندازی برقگیرهای ZNO در طرف فشار ضعیف و برای مصرف کنندگان مورد بررسی گردیده است .

بررسی قرار دادن برقگیر در سمت فشار ضعیف :

در اینجا با بررسی یک موضوع عملی تاثیر قرار دادن برقگیر را در سمت ثانویه یک ترانس توزیع را مورد بررسی قرار می دهیم .

یک ولتاژ ضربه ای ناشی از صاعقه دامنه ولتاژی به اندازه 80 کیلو ولت به ترانس رسانیده است ترانس مزبور در سمت فشار ضعیف دارای برقگیر بوده است در سکل 5 موج ضربه ولتاژ القا شده به سمت ثانویه این ترانس در حالیکه دارای برقگیر می باشد را می توان مشاهده نمو همانگونه که در شکل ملاحظه می گردد دامنه این اضافه ولتاژ با توجه به نوع برقگیر انتخاب شده به کمتر از 300 ولت رسیده است که بهیچوجه برای ثانویه ترانی مضر نمی باشد.

لازم به ذکر است طراحی و انتخاب برقگیرهای فشار ضعیف باید به طور خاص انجام گیرد برقگیرهای فشار ضعیف برخلاف فشار متوسط می بایستی TOV برای مدت طولانی و بدون ناپایداری حرارتی تحمل نماید .

سئوالی که در اینجا مطرح است آن است که برقگیر فشار ضعیف را کجا باید قرار داد .

گزینه های مختلفی در این مورد می تواند مطرح گردد گزینه اول آن است که برقگیر در سمت تروینال های فشار ضعیف ترانس می بایستی قرار گیرد گزینه دوم این است که در محل انشعابات ترانس دز سمت فشار ضعیف  قرار دهیم و گزینه سوم آن است که در محل قرا رگیری مصرف کنندگان قرار دهیم .

در مورد گزینه اول این نکته مطرح است قرار دادن برقگیر در محل ترمینال های ترانس در سمت فشار ضعیف دارای این حسن است که کل ترانی و خط حاصله از آن را می توان محافظت نمود لیکن قدرت برقگیر حاصله می بایستی به شدت بالا بوده که این موضوع برای شرکت و تزیع زیاد مقرون به صرفه نیست علاوه بر آن نمی تواند جلوی دامنه ولتاژ ضربه ای را نیز به خوبی گرفته و آن را damp کند .

در مورد گزینه دوم استفاده از برقگیر در سر انشعابات به نفع بوده چون جریان کمتری می بایستی تحمل نموده و انشعابات کمتری را نیز support می کند ولی بهترین گزینه برای هر مصرف کننده می باشد ولی از لحاظ صرفع اقتصادی نمی توان به خوبی آنرا توجیه نمود .

فصل دوم

چکیده فصل :

با پیشرفت روزافزون صنعت برق و استفاده های وسایل برقی باعث شد که احتیاج به کنترل کننده ها وسایل حفاظتی برای انواع سیستم های برق یکی از ضروری ترین اجزاء آن  باشد تا بتواند در مواقعی که یک خطا یا اتفاق تا خوشایند برای آن سیستم به وجود آید در کمترین زمان ممکن آن سیستم یا آن وسیله برقی را از شبکه برق جدا نماید و از خرابی آن دستگاه جلوگیری کند با استفاده از این فیوزها و کلیدهای برقی می توان با کمترین خسارت ممکن سیستم اصلی برق را نجات داد که همین موضوع محققان را بر آن داشت که روی این موضوع تحقیق نمایند که نتایج آن را می توان در زندگی امروزه از یک فیوزه ساده با تحمل چندین آمپر تا یک فیوز بزرگ با ظرفیت تحمل چندین کیلو امپر مشاهده نمود در صنعت انتقال و توزیع .

هدف فصل :

در این فصل سعی بر این است که با بعضی از انواع پر کاربرد دین فیوزها در صنعت برق (انتقال و توزیع ) و همچنین تاثیر بعضی از عوامل مخرب بر عملکرد  این سیستم حفاظتی آشنا شوید و موارد استفاده آن ها را در بعضی از قسمت های صنعت برق با هم بررسی نماییم و از چگونگی نحوه انتخاب آن ها در موارد متعدد مطلع شویم .

برای فیوزهای مختلف رنج حداکثر تحمل جریان تعریف می کنند که با رنج قطع کردن آن فیوز یکسان  نیست رنج قطع یا max جریان موجود برای یک فیوز یا مدار قطع کن  circuit  breaker می تواند بطور مطمئنی آن سیستم را زیر شرایط تست برای آن سیستم آن را قطع نماید پارامتر دیگری که تعریف می گردد برای سیستمهای حفاظتی scc است که  در وضعیت آزمایش بصورت انفرادی یا بصوت دوتایی برای اجرای سیستم نصب می گردد .

تعریف :

فیوزها شاید به ظاهر وسایل ساده ای به نظر می رسند که برای حفاظت به کار می روند ولی با مطالعه رفتار سیستمها می توان فهمید که آنها دارای ساختمان چندین ساده ای نیستند مدار های متفاوت احتیاج به فیوز دارند تا بتوانند یک قطع در مدار ضروری را ایجاد نمایند از طریق اجازه دادن عبور جیران تا مقدار پیک آن     و زمان ذوب جزء خصوصیات جریان عبوری از فیوز می باشد فیوز یک وسیله حرارتی می باشد که وارد مدارهای الکتریکی و با توجه به ELEMENT  موجود در فیوز دستور به قطع آن را می دهد المنت فیوز می تواند با استفاده از فلزهایی مانند بیسموت، کادمیم، سرب، قلع، نقره، مس، آلمینیوم وهر ترکیب و الیاژی از آنها ساخته می گردد برای اینکه برسیم به یک خصوصیت حرارتی متناسب با جریان پیک بخار برای فیوز تا بتوان یک سیستم حفاظتی مناسب داشته باشیم میزان توانایی یک فیوز و آزمایش آن بستگی زیادی به نحوه ساخت انوری دارد حتی صحیح عمل کردن آن و عمر آن نتیجه به موقع عمل کردن یک فیوز که باعث سوختن خود آن می گردد حفظ شاید حتی میلیونها سرمایه در قبال چندین دلار قیمت یک فیوز می باشد زمان تاخیر المنت اجازه یک جریان اضافه را می دهد که این با بالا بردن دقت فیوز می تواند هر چه سریعتر عمل نماید و باعث گردد که صدمه کمتری فیوز بیند فیوزها را در سیستم های قدرت می تواند مانند  CUT = OUT سیستمهای توزیع فیوزهای ارتباطی؛ فیوزهای ثانویه ، فیوز قدرت ، کلیدهای هوایی تک قطبی توزیع، کلید های قطع کننده می توان دید چیز هایی که می تواند یک فیوز را در داخل خرابی قرار دهد مانند گرد و غبار بیش از حد بعضی از گازها بخارهای هادی، آب نمک، رطوبت یا قطرات آب بیش از حد ، یک شک زیاد کاهش های غیر معمولی و حتی تاثیرات فرکانس روی آن می توانند بر روی عملکرد فیوز تاثیر ندارد و آن را حتی تا مرز نابودی پیش برد از یک جهت دیگر فیوزها می توان به چند دسته :

• فیوزهای ولتاژ پایین
• ولتاژ بالا
• PLAYFUSE
• فیوزهای کارتریج

تقسیم می گردد که فیوزهای ولتاژ پایین تا مرز 1000 V   می رسند از لحاظ محدودیت دارای سه محدودیت می باشند از لحاظ فرکانس ، پیک max جریان و max پیک انرژی حرارتی    فیوزهای پلاگ نوعی از فیوزها هستند که زیر  v720  و A30 کار می کنند و دارای رنج قطع نمی باشند فیوزهای کارتریج این فیوزها تجدید پذیر هستند .

• فیوزهای قدرت : این فیوزها به فیوزهای بالاتر از 1000 V اطلاق می گردد که باید در آن نکات زیر در نظر گرفته شود این فیوزها هنگامی استفاده می گردند که برای جلوگیری از SHORT  CIRCURR هنگامی که SWITCH  BREAKER از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست که اکثرا در قدرت برای حفاظت اولیه یا ثانویه ترانس استفاده می گردد و هم چنین یرای  مدارهای فیدر ها و بانک های خازنی چون آنها برای کار اتوماتیک طراحی شده اند ولی باید به صوت دستی جایگزین گردد ولی فیوزها اکثراً در قسمت توزیع در کات اوت ها یا کلیدهای ارتباطی استفاده می گردند این فیوز مجبور است از یک سیستم جرقه ای استفاده کند تا بتواند دستور قطع را صادر نماید.
• MOTOR CONTROLLER :

این وسایل حفظاتی می بایست ثبت شود بر روی دستگاه یا بر روی شناسنامه آن ولتاژ جریان و توان آن باید مشخص باشد جریان اتصال کوتاه و سای اطلاعات مورد نیاز را در حالت نامی مشخص نماید برای اینکه تشخیص نماید که دستگاه در وضعیت مطلوب است یا نه .

جریان محدود کننده های فیوز در حالت «بالای نرمال » در وضعیت اتصا کوتاه آزمایشی بدست می آید تا بوسیله آن فیوز را مشخص نمود .

نمونه ای از یک بر چسب وسیله الکتریکی که در موارد حفاظتی را مشخص می نماید که آن .

یک مثال برای تسبت جریان نامی در اتصال کوتاه

می توان در شکل زیر نحوه بررسی یک سیستم ساده را برای بدست آوردن شرایط نامی مشاهده نمود :

در بدست آوردن محدوده مجاز برای یک فیوز و در شرایط نامی آن باید به موارد زیر توجه داشت :

محدوده جریان فیوزها :

• انرژی خط را کاهش دهد
• بتواند استفاده شود تا به دست آید یک شرایط نامی برای کنترل کننده ها موکورها و اسمبلرهای اجزای سیستم و ….
• در اینجا با هم به بررسی بعضی از اصطلاحات سیستم های حفاظتی می پردازیم:

Coordination  ( هماهنگی )

به محل با یک اضافه جریان برای محدود کردن وسیله یا مداری که در آن اتفاق افتاده اطلاق می گردد که به وسیله دستگاه های حفاظت اضافه جریان و تنظیم های آنها به انجام می رسد.

Seleetive  coordination :

به ازومر کردن یا از تحت بار خارج کردن یک مدار دچار خطا شده می گویند باید در این وضعیت فقط نزدیک ترین وسیله یا فیوز حفاظتی به سرچشمه خطا آن را از سیستم خارج نماید .

علت احتیاج شدید به این موضوع نیز این است که با استفاده از آن میزان قابلیت اعتماد سیستم بالا می رود .

حال که مسئله coordination  را متوجه شدیم و علل استفاده از آن را فهمیدیم می پردازیم به کیا سیستم دچا خطا شده یا به اصطلاح در حالت اورژانسی  این سیستم یم بایست حتی با اضافه جریانی که در آن اتفاق می افتد به کار خود ادامه دهد و بتواند به نوعی در خود سیستم یک Seleetive  coordination  بوجود آید تا هر چه بتون میزان ضرر احتمالی را ناشی از black out  دادن سیستم کاهش داد و این میزان را به حداقل خودش رساند این موضوع در مکان  هایی مانند هتل ها، تناتر، بیمارستان، ورزشگاه ، محل های نظامی و … مورد بررسی قرار می گیرد که در آنها احتیاج به یک panic control می باشد و هم  چننی باید در این شرایط انرژی برای سیستم های تحویه محل یاب، آتش ، آتش خاموش کن ها ، آسانسورها ، ارتباط های درون شهری بسرعت برقرار باید گردد که برای این موضوع نوع خاموشی سیستم و نوع تغذیه این نوع موارد خاص باید به گونه ای باشد که کمترین ضرر را ایجاد نماید حال چه چیزی در این مورد باید مورد توجه قرار گیرد ؟

Seleetive coordination fuses :

انواع فیوزهایی که برای سیستم هایی که باید هماهنگ گردند با توجه به نوع بار و نوع مدار سیستم فرق می نماید و دارای استانداردهای بخصوصی است .

و هم چنین مدار تکن ها نیز در این سیستم ها دارای خصوصیات زیر هستند .

1- بستگی به خصوصیات و تنظیمات آنها دارند .

2- بدست آوردن و مناسب آنها سخت است .

3- ممکن گران شوند .

4- قبل از وصل آنها خطا در سیستم ضروری است .

5- یک تحلیل و بیان مناسب ازمطالعات باید بیان گردد .

این نوع مدار شکن ها

• تاخیر ذاتی طولانی بین فرمان قطع و اعمال آن بوسیله دستگاههای مکانیکی مدار شکن ورود .
• دارای این خصوصیت خوب هستند که آن که نزدیک به خطا است سریع تر از بقیه قطع می گردد و می تواند خطا را از بین ببرد .
• نبودن یک Seleetive coordination  در منطقه خطا .

خوب دیده شد که خود فیوزها و مدار شکن ها دارای قدرت کمی اند لحاظ تحمل جریان و نرخ طرفیت آن ها می باشند برای بالا بردن این ظرفیت امروزه با پیشرفت تر انس ها این امکان بوجود آمده که ظرفیت مدار شکن ها بالا می رود با اینکار دارای یک hazard  مطمئن خواهیم بود .

برای نصب یک فیوز متناسب با سیستم یابد مراحل زیر طراحی گردد . ابتدا تحت یک super visor  مهندسی مراحل نصب پیش بینی گردد بعد ظرفیت وسایل و تحلیل سیستم با هم ترکیب گردد و تحت یک قرار داد حرفه ای مهندسی به یک نتیجه منقول برسد نتایج می بایست با شرح کامل خطر ها نوع  پیش بینی و خطا و …. باید ثبت گردد و آنها همیشه موجود باشد برای طراحی و نصب آن سیستم حفاظتی این قرار داد  حرفه ای می تواند مشخص کند که چه نوع فیوز یا مدار تکنی با چه رنجی و در کجا باید استفاده شود .

و برای یک هما هنگی بین فیوز و مدار شکل روبرو باید مورد توجه قرار گیرد :

1- چک شود که قطع فیوز در بالای آن مدار تکن آیا می توانند استفاده گردد با چه رنجی

2- پیش بنی گردد آیا با همان شرایط می توان درعمل از آن فیوز استفاده گردد ؟

3- تست آن با شرایط بالا انجام گیرد .

4- با تحلیل انجام شده باید به این مرحله بر سیم که آیا فیوز صلاحیت استفاده در بالای یک مدار شکن را دارد یا نه ؟

فیوزها با پیک کم تا 300000 A دارای یک قطع رنج خوب هستند برای سیستم های تا رنج CC 5 کمتر برای پایداری سیستم احتیاج به نگه داری دوره ای و تست روی فیوزها نمی باشد .

دستگاه مکمل اضافه جریان :

یک دستگاه به وجود آمده تا تامین کند محدوده اضافه جریان حفاظتی را برای دستگاه های بخصوص و وسایلی مانند نور افکن ها و ….

بعد ازبررسی و شناختن اجزا و اصطلاحات مربوط به فیوزهای الکتریکی و سیستمهای حفاظتی در این قسمت به بررسی و معرفی بعضی از جدید ترین و پر کاربردترین کلیدها Circuit breaker &  ها می پردازیم .

انواع فیوزها :

کلید حفاظت از جان یا کلید (f1) :

این کلید به وسله جریانهائی که از فاز و نول (سیم برگشت  جریان ) عبور می کند ، جریان عبوری یا نشتی به زمین (ارت ) را مشخص می کند این وسیله به اندازه ای حساس است که می تواند جریانهای نشتی کوچک را که باعث عملکرد فیوز نمی شد ولی می توانند برای شروع یک آتش سوزی یا برق گرفتگی کافی باشند بیاید چنین جریانی باعث قطع این کلیدو در نتیجه جدا شدن منبع تغذیه خواهد شد .

این کلید شخصی را که احتمالا بین دو فاز و نول دچار شوک می شود ، محافظت نخواهد کرد و فقط انسان را در مقابل اتصالی بین فاز و زمین محافظت می کند .

اگر شخصی از قسمتی که نسبت به زمین برقرار است دچار شوک الکتریکی شود به دلیل جریانی که از بدن وی به زمین عبور می کند این کلید در چند صدم ثانیه منبع تغذیه را قطع می کند . لازم به یاد آوری است که این کلید مقدار جریان را کاهش نخواهد داد بلکه تنها مدت زمان شوک را محدود خواهد کرد .

سیمهای فاز و نول از یک ترانسفور ماتور جریان (CT) عبور می کند و سیم پیچ ثانویه آن به یک اشکارگر الکترونیکی حساس متصل می شود که می تواند باعث قطع یک کلید قطع کننده (بریکر ) شود و خط 220 ولت و 50 هرتز یا 110 ولت و 60 هرتز سری باشد .

تحت شرایط عادی در یک مصرف کننده تکفاز جریاهایی که از سیم فاز و سیم نول عبور می کند با یکدیگر برابرند و جریان کل (IW- IN) عبوری از اولیه ترانسفور ماتور جریاهن مساوی است و در نتیجه هیچ شاری مغناطیسی در هسته ایجاد نیم شود و ولتاژ القایی EF هم صفر خواهد بود و کلید قطع نخواهد شد حال اگر جریان خطا به طور مستقیم از سیم فاز به زمین نشت کند ، مثلاً اگر شخصی یک ترمینال برقدار را لس کند یا اگر انگشت خود را داخل سرپیچ لامپی بکند و یا اگر موتوری داخل آب بیفتد و یا اگر عایق بین موتور و بدنه زمین داخل ترانسفور ماتور جریان صفر نبوده و برابر با IF می باشد شار مغناطیسی ودر نتیجه ولتاژ القایی EF به وجود می آید و باعث قطع کلید می شود جنس هسته ترانسفور ماتور باید در چگای های شار پایین فوق العاده نفوذ پذیر و حساس باشد .

این نوع کلید برای مصرف کنندگان 3 فاز نیز قابل استفاده  است و هر چهار هادی برقدار ( سه فاز و نول ) از داخل هسته ترانسفور ماتور جریان عبور می کند . در حالت عادی جمع جبری جریانهایی که از سه فاز عبور می کند برابر  صفر خواهد بود از این رو در هسته ترانسفور ماتور هیچ جریانی القاء نمی شود و ولتاژی بر روی ثانویه به وجود نمی آید و کلید قطع نخواهد شد .

این نوع کلید یک نوع وسیله الکترومکانیکی قابل اعتماد است که مانند هر وسیله مکانیکی دیگر شرایط محیطی مانند رطوبت و گرد و غبار می تواند بر عملکرد آن اثر بگذارد هر تاخیری در عملکرد نیز می تواند کشنده باشد به همین جهت یک دکمه آزمایش دارد که باید از طریق آن عملکرد کلید آزمایش شود و در صورتی که اشکالی  دارد رفع گردد

کلیدهای قطع کننده محافظ موتور :

• مدل PKZ0
• مدل PKZ2

تعریف

کلیدها قطع کننده محافظ موتور قطع کننده هایی هستند که جهت عمل سونچینگ حفاظت قطع مدار اولیه با بار موتور استفاده می گردند ضمنا این کلیدها محافظ خوبی در مقابل استارت مجدد در زمان قفل روتور اضافه بار اتصال کوتاه و قطع فاز در تغذیه سه فاز ی باشند .

این کلیدها  دارای حفاظت حرارتی جهت حفاظت سیم پیچ های موتور هستند (حفاظت اضاه بار ) و یک قطع کننده مغناطیسی (حفاظت اتصال کوتاه ) نیز انها را حمایت می کند .

جانبی های زیر را می توان با این کلید های قطع کننده محافظ موتور به کار گرفت .

• قطع کننده ولتاژ پایین
• قطع کننده موازی (SHUNT) قطع کننده های شنت
• کنتاکت کمکی
• کنتاکت کمکی همراه با نشان دهنده – قطع

کلیدهای قطع کننده محافظ موتور شرکت مولر طبق استاندارد آلمان

مدل PKZO  یا مدل PKZZ

مدل PKZO است که جهت عمل سونچینگ و حفاظت بار موتور و ترانسفور مرهای تا 25A مناسب هستند .

این نوع شامل انواع زیر است

• قطع کننده حفاظت موتور
• قطع کننده حفاظت ترانسفورمر .
• نوع کنتاکت با ظرفیت بالا

سیستم PKZ2

این نوع حفاظت موتور و حفاظت از مدار توزیع می باشد PKZ2 محافظ موتوری است جهت حفاظت سونچینگ سیگنالینگ و کنترل از راه دور موتورها و سیستم های سوئیچ دنده ای ولتاژ پایینی تا 40A .

این سیستم شامل انواع زیر است :

• قطع کننده حفاظتی
• نوع با ظرفیت کنتاکت بالا
• عملکرد از راه دور .

کلیدهای قطع کننده محافظ موتور نوع PKZM0

PKZM0 از نوارهایی بی متالی تاخیری که وابسته به بزرگی جریان هستند استفاده می نمایند . قطع شدن یا آزاد شدن این نوارها به قطع فاز (دو فاز شدن ) و دما نیز حساس هستند مقادیر جریان تا 25A در 13 ردیف رد این رله تنظیم می گردد .

• جانبی های این نوع رله می توانند از نوع وسایل زیر باشند .
• رله های زیر ولتاژ U که به پایین آمدن ولتاژ حساس هستند .
• (SHUNT REALEASE ) A یا آزاد شدن شانت .
• کنتاکت های کمکی استاندارد NHI
• کنتاکت کمکی نشان دهنده وضعیت قطع (TRIP) .

که موتور را با انواع ثانویه ها دستگاه فوق کامل می کنند .

جانبی های سیستم استارتر به شرح زیر است :

• کنترل ولتاژ پایین تر یا رله های زیر ولتاژ (محافظ ولتاژ) .
• رها کننده شانت (Shunt release ) A
• کنتاکت های کمکی استاندارد NH1
• کنتاکت کمکی نشان دهنده وضعیت قطع (TRIP) .

این نوع استارترها از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرف هستند و برای عملیات های قطع و وصل استاندارد نوع ظرفیت بالای آنها جهت سوئیچینگ های خیلی زیاد پروسه های موتورهای الکتریکی طراحی شده اند و جهت موتورهایی طراحی شده ند که قطع آنها خسارت های اقتصادی زیادی را در تولید در بردارد .

که بالاترین ضریب اطمینان تاسیسات را می توان در یک پروسه ها با وجود این استارتر ها  ایجاد کرد .

نوع ظرفیت بالای آنها همراه دو نوع حفاظت موتور PKZMO , SOO- PKZ  می باشد که کنتاکت این دستگاهها هرگز جوش نمی خورند و در مقابل حتی اتصال کوتاه 100K /400V (بالاتر ز 18.4KW/ 400V) طراحی شده اند .

قطع کننده های حفاظت – ترانسفورمر محدود کننده

(transtormer – proteetive circuit breakers current limiters )

نوع PKZM0 – T

این نوع کید حفاظتی از اولیه های ترانسفور مرهای طراحی گردیده اند .

اتصال کوتاه از انواع 0.16A

تا 20A به طور ثابت باعث قطع دستگاه شده و برحسب U 20 تنظیم می شود .

اضافه بار در این نوع بر حسب تنظیم جریان نامی عمل می کند تمامی جانبی های PKZO هم می توان با این کلید نیز به کاربرد .

CL- PKZ0

کلیدهای CL- PKZ0  و دستگاههای محدود کردن جریان (Current limiter) هستند و جهت گسترش و ترقی ردیفه های pkzm0 که ضد اتصال کوتاه نیستند طراحی شده اند .

مدل های  CL دارای همان اندازه  و پایانه های PKZ0 برابر است با 100KA در 400V است ( در حین اتصال کوتاه ) در حین عمل اتصا کوتاه کنتاکت های CL- PKZM0 باز می شوند .

کلید حفاظت موتور از طریق عمل داخلی خود باز شده و آماده وصل مجدد است و اگر سیستم اصلاح شد مجددا کلید 63A وصل می شود .

این سیستم می تواند به صورت انفزادی یا مجزا وصل گردد .

کلیدهای قطع کننده (کلیدهای اصلی ) .

کلیدهای – اصلی مدل NZM

این مدل کلیدهای الکتریکی بسیار مناسبی را در مقابل اضافه بار حرارتی و اتصال کوتاه دارد در اندازه و سایزهای این کلیده به ترتیب با شماره های NZM 14 , NZM 10, NZM 7 می باشند که ردی های جریان را از 1600A تا 25را در بر می گیرد .

بر حسب نوع  مدل این کلیدها دارای حفاظت های از قبیل حفاظت در مقابل عیب جریان حفاظت در مقابل عی اتصال زمین می باشند .

کیدهای اصلی NZM  بر حسب شکل ظاهری و جریان مجاز شان از همدیگر تمیز داده می شوند ( تا 630 A) این کلیدها  را نیز می توان بدون عملکرد عیب مدار نیز بمانند تمامی کلیدهای اصلی نیز قطع نمود .

کلیدهای NZM تماما بر حسب استاندارد جهانی IEC  ساخته و کنترل کیفی شده اند .

کلیدهای اصلی مدل IZM

این نوع کلید های اصلی حفاظت مدارهای الکتریکی را از ردیف 6300 A  تا 320 را در ردیف  های مختلف به عهده می گیرند .

این کلیدها دارای عملکرد قطع دیجیتالی الکترونیکی می باشد که در چهار نوع مختلف در دسترس می باشند . این نوع کلیدها بر حسب استاندارد کمیسیون جهانی ساخته و آزمایش و کنترل کیفی می شوند . واحدهای قطع کننده (tripping) این کلیدها به طور جامع عملکردهای سیگنال اتصال کوتاه و اضافه بار را با در نظر گرفتن مدیریت انرژی با داشتن ارسال داده از راه دور انجام می دهند .

کیدهای – اصلی izm در مدل های IN هم وجود دارد که دارای واحدهای قطع کننده نمی باشد.

دستگاه رها کننده شائت (F3) A (SHUNT RELEASE )

این دستگاه دارای یک آهنربای الکتریکی است که با اعمال ولتاژ از آن برداشته می شود به حالت عادی خود بر می گردد . اگر چنانچه مدار شانت جهت مدارهای چند فرمان انتخاب شد بایستی از کنتاکت های کمکی منایب استفاده شود (NH1/S1) در مجموع دستگاه رها کننده شانت یامدار شانت جهت قطع راه دور مدار استفاده می شود در زمانیکه در زمان خاموش کردن مدار خرابی های مانند قطع شدن سیم شل شدن کنتاکت پایین بودن ولتاژ اعمال می شود در وضعیت  عدی قرار می گیرد و عملکرد آنها قطع شدن کنتاکت به وقوع می پیوندد .

این دستگاه ایده آل ترین دستگاه جهت کنترل های اینرلاک (مانند قطع مدار در زمان اضطراری ) می باشند و چنانچه ولتاژ در زمان 20ms کم شود این دستگاه مدار را قطع می کند .

این دستگاه در زمانیکه برق قطع شود جهت جلوگیری از استارت مجدد موتورها کید اصلی را قطع  می کند و برای ایمنی ها بیشتر مدار که ممکن است رخ دهد مناسب است مانند قطع سیم مدار فرمان کلید اصلی نمی تواند مجددا تا زمانیکه دستگاه ولتاژ پایین تحریک شده بسته شود .

دستگاه ولتاژ پایین با همراه تاخیر زمانی uv(f4)off

این دستگاه جهت تاخیر در قطع مدار اصلی در حین قطع با کم شدن ولتاژ اصلی است و بر حسب نوع آنها زمان تاخیر آن از 0.45  تا 200ms آنرا تنظیم کرد اگر چنانچه برق از زمان تنظیم شده مدت قطع شدن آن بیشتر شود آنگاه دستگاه uv کلید اصلی را قطع می کند .

CMU  یک اسید بوریک می باشد که تامین می کند یک فیوز قابل تغییر که در 3 سطح ولتاژ 17, 28, 38  کیلو ولت وجود دارد این فیوزها قابل تعویض در سه سطح استاندارد E تا K  موجود می باشد بین A34  تا A20000 وقتیکه این فیوز استفاده می گردد می بایستی انتخاب گردد روی یک بار نرمال پذیرفته شده و قبل از آن می بایستی با جریانهای احتمال ترسیم شده منطبق گردد نحوه عملکرد این فیوز بدین گونه می باشد که هنگامی استفاده می گردد که در یک عمل مسلم اسید بوریک و بونیزه کردن جریان را فرمان قطع می دهد .

در شرایط نرمال دمای المنت فیوز بخوبی زیر دمای ذوب شدن قرار دارد و ذوب نمی گردد مواقعی که FAULT  اتفاق می افتد که آنقدر بزرگ است که ELEMENT  فیوز را ذوب می کند یک جرقه بزرگ دارد می گردد و بوسیله قسمتهای فنر کشیده می شود جرقه زندن بالا می رود و می رسد به اسید بوریک و داخل آن آب تولید می گردد که باعث یونیزه شدن اسید می گردد نتیحه حاصل به دست می آید جرقه را در یک جریان طبیعی صفر و خارج می شود و پایین فیوز وصل وسیله وصل بوسیله نیروی فنر مانع از برگشت آن به ناحیه حالت طبیعی می شود .

تاثیر عومل مخرب بر عملکرد فیوزها :

بعد از مرعفی چند مدل از فیوزها و CIRCUIT  BREAKER ها شناختن آنها و آشنا شدن با کاربرد بعضی از آنها حال اثر استفاده از یک فیوز یا کلید الکتریکی و مدارهای پشتیبانی حفاظتی علت استفاده آنها را بهتر درک می نماییم .

در این بخش سعی می کنیم با هم به بررسی از پدیده های الکتریکی و تاثیر آنها بر روی این وسایل پشتیبانی حفاظتی و فیوزها در صنعت برق آشنا شویم و چگونگی مواجه شدن با آنها را بررسی نماییم .

یکی از مهمترین پدیده ها در هنگام قطع و وصل جریانهای بار توسط کلیدهای بار توسط کلیدهای فشار قوی ، بروز قوس مجدد RESTRIK  در محفظه قطع آنان می باشد قوس در هنگام قطع جریانهای بار توسط کلید توانایی قابل ملاحظه کلید پیش بینی شده جهت قطع جریانهای عیب  ناشی می گردد         پیش بینی و ساختمان کلید به منظور قطع جریان عیب تا حدود 1000 برابر جریان بار طراحی می شود به عنوان مثال کلید با توانایی متناسب با جریان عیب 40 کیلو آمپر در هنگام قطع جیان بار معادل 200-100 آمپر با بروز قوس مجدد در محفظه قطع می تواند همراه گردد همچنانکه خواهیم دید این پدیده در کلیدهای نوع هوای فشرده ماهده شده می توان گفت یکی از معایب و پدیده های مختص به کلیدهای نوع هوای فشرده محسوب می گردد ذیلا شرایط بروزاین پدیده را مورد مطالعه قرار می دهیم .

در کلیهی کلیدهای فشار قوی پیش بینی های به عمل آمده در ساختمان و محفظه قطع کلید به منظور ارایه ولتاژ دی الکتریک استاندارد صورت گرفته است آنچنانکه از بروز قوس مکرر و یا REIGNITION در لحظه صفر سوم یا چهارم تغییرات سینوسی جریان جلوگیری شده امکان قطع موفقیت آمیز جریان عیب فراهم گردد پیش بینی فوق شامل سرعت مناسب جابجایی ماده ایزوله انحراف قوس به خارج از فاصله کنتاکنها جلب حرارت قابل ملاحظه توسط ماده ایزوله  می باشد هنگامی که جریان مورد قطع و انرژی  حرارتی حاصل از آن تا حدود 1000 برابر معادل بار کاهش می یابد در حالی که توانایی کلید شامل سرعت جابجایی ماده ایزوله و قابلیت جذب انرژی حرارتی آن متناسب با جریان عیب پیش بینی گردیده باشد قطع جریان باربا دو تفاوت عمده نسبت به جریان عیب صورت می پذیرد .

• قطع جریان در اولین لحظه صفر روی داده حداکثر فاصله زمانی برقراری قوس به کمتر از 10 میلی ثانیه بالغ می گردد .
• جریان قبل از صف طبیعی خود خفه گشته لحظه قطع جریان منطبق با لحظه T₀ در شکل (1) خواهد بود فاصله زمانی لحظه خفه گشتن تا لحظه صفر طبیعی آن با مشخص گردیده است لحظه T₁ عنوان لحظه صفر کاذب قطع جریان مرسوم  می باشد هر قدر توانایی کلید یا نسبت قطع به جریان بار بالاتر باشد خفه گشتن قوس در فاصله زمانی طولانی تر قبل از لحظه صفر روی داده فاصله زمانی  فزونی می یابد با توجه به اینکه این پدیده در اولین لحظه صفر جریان پس از جدا گشتن کنتاکتها روی می دهد مدت برقراری قوس به کمت از 10 میلی ثانیه حداکثر به حدود 7-8 میلی ثانیه بالغ می گردد .

در فاصله زمانی فوق مسیر طی شده توسط کنتاکت متحرک تا چیز بوده          ولتاژ دی الکتریک عرضه شده کنتاکتها همزمان با خفه گشتن قوس در اولین لحظه صفر محدود خواهد بود به علت فاصله ناچیز کنتاکتها و ولتاژ دی الکتریک محدود خفه گشتن قوس با بروز قوس مجدد و یا RESTRIK همراه می گرد با توجه به توانایی کلید و جابجایی سریع ماده ایزوله بروز قوس مجدد و خفه گشتن آن متوالیا تکرار گشته بروز قوسها در فاصله زمانی  به ترتیب فوق ادامه می یابد به لعت نوسانات ناشی از بروز این قوسها در ولتاژ استقرار و افزایش ولتاژ استقرار در طی تغییرات گذرا فاصله زمانی بروز قوسها به نبوده تا چند سیکل همچنان ادامه می یابد تا هنگامی که کنتاکتها فاصله ایزولاسیون مطمئن و لازم را دارا گردند چون فاصله هوایی کنتاکتهای کلید یا فاصله بروز قوس بطور سری در شبکه واقع می باشد بروز متوالی قوسها و ولتاژهای موجی ناشی از آنان به ولتاژ اسمی شبکه افزوده گشته بصورت اضافه ولتآژهای موجی قطع و وصل در طول هادیهای متصل به کلید منتشر می گردند .

بروز متوالی قوسها در طول چند سیکل ادامه یافته اصطلاحاً به RESTRIK  موسوم می باشد بطور کلی بروز پدیده RESTRIK در فاصله کنتاکتها با عوارض زیر همراه می باشد .

• ظهور اضافه ولتاژهای قطع و وصل با دامنه قابل ملاحظه به طور متوالی و پی در پی شین های خروجی کلید .
• انتشار ولتاژهای موجی قطع و وصل حاصل از رژیم گذرای قطع کلید رد طول هادیهای متصل به هر طرف کلید .
• خوردگی کنتاکتها و ایجاد فشار الکتریکی و مکانیکی قابل ملاحظه بر محفظه قطع کلید و ماده ایزوله آن
• بروز اختلالات و نوسانات گذرا با فرکانس بسیار بالا در کمیات شبکه
• بروز قوس درایزولاسیون خارجی و تحریک رله های محافظتی کلید
• افزایش مدت برقراری قوس تا بیش از مدت مورد نظر
• انفجار محفظه کلید در صورت ادامه مدت برقراری قوسهای RESTRIK تا بیش از فاصله زمانی .

بر طبق آنچه که در قبل شرح داده شد در کلیدهای نوع هوای فشرده توانایی کلید شامل سرعت جابجایی هوای فشرده لحظه برقراری جریان هوا و مسیر آن مشخص و ثابت بوه تابع فشار مخزن هوای فشرده می باشد آنچنانکه به ازای کلیه مقادیر جریانهای مورد نظر از چند آمپر تا چند صد کیلو آمپر هوا تحت فشار ثابت مخزن همزمان با جدا گشتن کنتاکتها در فاصله کنتاکتها وارد گردیده انرژی حرارتی حاصل از آن را جذب نموده ولتاژ دی الکتریک ثابت و مشخص را عرضه می سازد حداکثر توانایی جذب حرارت توسط هوای فشرده متناسب با جریان قطع اسمی کلید معادل چند صد کیلو آمپر محاسبه و طرح گردیده است به همین علت در هنگام قطع جریانهای بار تا حدود 1000 برابر کمتر از جریان قطع اسمی کلید سرعت قابل ملاحظه جابجایی هوای فشرده موجبان خفه گشتن قوس را قبل از لحظه صفر و در فاصله زمانی  فراهم می سازد بدین ترتیب این پدیده در کلیدهای نوع هوای فشرده بطور مشخص و قطعی مشاهده می گردد .

پدیده برش جریان در کلیدهای نوع هوای فشرده

قطع جریانهای مغناطیس کننده به مقدار کم در شبکه های انتقال انرژی در رده ولتاژهای اسمی 63KV UN در هنگام قطع مغناطیس کننده ترانسفورماتور یا راکتور شنت تشکیل داده بر حسب قدرت آن به حدود 200- 50 آمپر بالغ می گردد جریان فوق اختلاف فاز 90 درجه را با ولتاژ تغذیه دارا بوده قطع جریان در لحظه صف با حداکثر ولتاژ سیسنوسی همزمان می باشد با جدا شدن کنتاکتها قوس قبل از لحظه صفر جریان خفه می گردد خفه شدن قوس در این لحظه با ولتاژ قابل ملاحظه سینوسی همزمان بوده و بلافاصله پس از قطع جریان ولتاژ نوسانی در کنتاکت طرف راکتور ظاهر خواهد شد بدین ترتیب احتمال بروز قوسهای مجدد در هنگام  قطع جریانهای بار از نوع القایی نسبت به جریانهای بار اهمی به دلایل زیر فزونی یافته و اضافه ولتاژهای قطع و وصل با دامنه بالاتر را سبب می گردد .

• اختلاف فاز کامل 90 درجه بین ولتاژ تغذیه و جریان مورد قطع
• فاصله زمانی بسیار کوتاه برقراری قوس از لحظه جدا گشتن کنتاکتها تا لحظه بروز پدیده .

همچنانکه می دانیم یکی از طرق ابداع شده به منظور جلوگیری از بروز قوس مجدد و کاهش دامنه اضافه ولتاژها برقراری قوس تا جدا گشتن کامل کنتاکتها و واقع گشتن کنتاکت متحرک در انتهای مسیر خود می باشد آنچناکه لحظه  خفه گشتن قوس با حداکثر فاصله کنتاکتها و ولتاپ دی الکتریک کلید همزمان گردد قطع جیان قبل از لحظه صفر به عنوان پدیده برش جیان یا CURRENT  CHOPPING  موسوم بوده تعداد دفعات بروز قوس مجدد به لحظه برش جریان و فاصله زمانی ان از لحظه صفر بستگی خواهد داشت لحظه برش جریان و مقدار لحظه ی جریان مربوط به آن با توجه به خصوصیات شبکه نوع کلید تعیین می گردد .

نصب مقاومتهای موازی در کلیدهای فشار قی نوع هوای فشرده

به منظر کاهش اضافه ولتاژ های ناشی از بروز پدیده RESTRIK  در کلیدهای نوع هوای فشرده قطع و یا وصل جریان توسط کلید در دو مرحله بر طبق شکل 2 صورت می پذیرد کلید مجهز به دو محفظه قطع بوده محفظه S به عنوان محفظه اصلی و محفظه K موازی با آن به عنوان محفظه کمکی محسوب می گردد محفظه K بطور سری بامقاومت R وصل شده است و به منظور قطع جريان ابتدا كنتاكتها در محفظه s سپس در محفظه k از يكديگر جدا مي گردد بدين ترتيب قطع جريان از طريق دو محفظه قطع صورت مي پذيرد كه جابجايي كنتاكتها در آنان به فواصل زماني بسيار كوتاه از يكديگر انجام مي شود .

با جدا گشتن كنتاكتها در محفظه s جريان مصرف و تغذيه بار از طريق مقاومت r برقرار مي گردد جدا گشتن كنتاكتها در محفظه s در حالي صورت مي پذيرد كه مقاومت R موازي با آن بوده نوسانات ولتاژ استقرار و ظهور ولتاژهاي گذرا با دامنه بالا همزمان با لحظه صفر جريان توسط مقاومت موازي جذب گرديده از دامنه آنان كاسته مي گردد . بدين ترتيب مقاومت فوق به عنوان مستهلك كننده يا جذب كننده نوسانات مرسوم بوده اصطلاحا مقاومت DRMPER ناميده مي شود .

پس از جذب ولتاژهاي ناشي از بروز قوس مجدد جريان برقرار شده در مقاومت توسط محفظه كمكي K قطع مي گردد . مراحل قطع جريان بر طبق آنچه كه شرح داده شد به طور اتوماتيك صورت مي پذيرد .

در اين كليد بخش عمده جريان همراه با ظهور ولتاژ استقرار و بروز پديده قوس مجدد توسط محفظه قطع كليد اصلي S و بخش محدود آن توسط محفظه قطع كمكي K قطع مي گرردد به همين علت حجم محفظه قطع اصلي كليد نسبت به محفظه قطع كمكي قابل ملاحظه بوده با پيش بيني هاي بيشتر به منظور خفه نمودن قوس همراه مي باشد هر دو محفظه مجهز به كنتاكتهاي متحرك و ثابت بوده جابجايي كنتاكتهاي متحرك در محفظه قطع كمكي با فاصله زماني بسيار كوتاه نسبت به محفظه قطع اصلي صورت مي پذيرد .

تاخير زماني جابجايي كنتاكتها در محفظه قطع كمكي نسبت به محفظه قطع اصلي قابل تنظيم بوده بطور معمول در حدود 10-4 ميلي ثانيه متغيير مي باش در برخي از كليدها محفظه هاي قطع كمكي و اصلي در مجاور يكديگر در محفظه قطع مشترك پيش بيني گرديده اند .

نمونه هاي ديگر از اين كليد كليد نوع جديد كارخانه BBC موسوم به DLF و كليد ساخت كارخانه آلستوم فرانسه مشاهده مي شود در شكل 3 كليد ساخت كارخانه آلستوم فرانسه با دو مرحله مقاومت موازي R1 و R2 براي هر محفظه نشان داده شده است كنتاكتهاي اصلي با S و كنتاكتهاي كمكي با K1 K2 مشخص گرديده اند .

به منظور قطع جريان ابتدا كنتاكتهاي متحرك در محفظه قطع اصلي S جدا گشته و مقاومتهاي R1 و R2 موازي با يكديگر در مسير جريان بار واقع مي گردند درمرحله سوم يا مرحله آخر كنتاكتهاي كمكي درمحفظه قطع كمكي K2 باز شده بدين ترتيب قطع جريان كامل گشته هر سه كنتاكت باز و جريان قطع مي گردد .

استفاده از تجهيزات قطع و وصل جريانهاي بار در مدارهاي خاص

روشي ديگر به منظور جلوگيري از بروز قوس مجدد و ظهور اضافه ولتاژهاي موجي در هنگام وصل جريانهاي بار توسط كليدهاي فشار قوي استفاده از تجهيزات قطع و وصل جريان با يا اصطلاحا Load break مي باشد پيش بيني سكسيونرهاي Load break در مدارها با جريان بار مشخص و ثابت مناسب تر مي باشد به عنوان مثال قطع و  وصل جريانهاي مغناطيس كننده و راكتورهاي شتت واقع در سيم پيچي سوم ترانسفور ماتورها و راكتورهاي شنت با اتصال مستقيم به خطوط مي تواند  توسط سكسيونرهاي قابل قطع زير بار صورت گيرد جريان مغناطيس كننده اين نوع تجهيزات به حدود 50 الي 200 آمپر بالغ گرديده قطع و وصل آنان توسط كليدهاي نوع هواي فشرده با بروز پديده برش جريان قوسهاي RESTRIK و ظهور اضافه ولتاژهاي موجي در ناحيه مشخصه دي الكتريك كليد همراه مي گردد همچنانكه اشاره گرديد كليدهاي فشار قوي با توانايي كافي جهت قطع جريانهاي عيب بالغ بر چندين كيلو آمپر پيش بيني گرديده استفاده از آنان به منظور وارد و خارج نمودن دستي راكتورها و قطع و وصل جريان هاي القايي معادل 50 الي 200 آمپر را تشكيل مي دهد در اين حالت قطع و وصل دستي كليدها بدون استثنا با پديده برش جريان و قوسهاي RESTRIK  همراه مي باشد بر طبق بررسي هاي صورت گرفته موارد متعدد از انفجار و آسيب ديدگي سريع كليدها در اين نوع مدارها گزارش گرديده است بنابراين در قطع و وصل اينگونه بارها كليدها به همراه سكسيونرهاي قابل قطع  زير بار در مدار سري قرار گرفته و قطع و وصل دستي راكتورها با سكسيونر انجام مي گيرد و فقط قطع و وصل اتوماتيك در صورت عيبهاي بوجود آمده در اين تجهيزات كليدهاي نوع هواي فشرده جريان عيب را قطع مي كنند .

همانطور كه ديديم بعضي از اتفاقها و عوامل نه تنها مي تواند روي شبكه برق بلكه حتي روي وسايل حفاظتي مي تواند تاثيري مخرب داشته باشد و باعث خرابي و بد عملكرد آنها گردد .

در اين قسمت مي خواهيم به بررسي شايد يكي از مهمترين كارهايي كه بايد بعد از انتخاب اجزاي سيستم قدرت انجام دهيم بپردازيم اونم هماهنگي بين اجزاي يك سيستم حفاظتي قدرت مي باشد عاملي كه اگر بد اجرا گردد و بصورت علمي مورد بررسي قرار نگيرد مي تواند سيستم قدرت را به جاي اينكه به سمت پايداري سوق دهد آنرا به مرز ناپايداري ببرد و اين ناهماهنگي مي تواند باعث خاموشي بي علت شبكه گردد و خوب نبودن فرمان رله ها و مدار شكن ها و همچنين فيوزها به همين در اين قسمت به بررسي نحوه هماهنگي بين فيوزهاي قدرت و رله ها مي پردازيم پس :

هماهنگي فيوزهاي قدرت و رله اضافه جريان :

هماهنگي حفاظت بين فيوزهاي فيدرهاي فشار متوسط با رله ها با ريكوزرهاي سر خط در پستهاي فوق توزيع همواره يكي از مشكلات حفاظتي شبكه توزيع بوده است اين مشكل ناشي از تفاوت عمده منحني عملكرد فيوزها و رله ها بوده به نحوي كه هماهنگي كامل حفاظتي بين آنها در تمام محدوده ها مقدور نبوده و همواره به ازاء يك محدوده جريان خطا ناهماهنگي حفاظتي وجود خواهد داشت اين قضيه زماني پيچيده تر مي گردد كه تجهيزات حفاظتي سرخط مانند رله هاي زمان ثابت DTOC و معكوس IDMT با مشخصات مختلف باشد از آنجا كه تاكنون در مراجع مختلف بهترين روش هماهنگي بين فيوزها با رله و ريكلوزرهاي گوناگون با توجه به جزييات مشخص نگشته در اين مقاله سعي شده با بررسي منحني عملكرد فيوزها و حفاظتهاي مختلف سر خط پستهاي فوق توزيع شرايط هماهنگي حفاظتي و ناحيه ناهماهنگي حفاظتي آنها مشخص گردد در اين مقاله منحني هاي واقعي فيوزها رله ها و ريكوزرهاي حفاظتي استفاده شده در شبكه هاي برق در نظر گرفته شده است .

هماهنگي ميان فيوزهاي فيلرهاي فشار متوسط بارله ها و ريكلوزرهاي سر خط همواره يكي از مسائل مهم حفاظتي كارشناسان حفاظت شركتهاي توزيع بوده است اين موضوع زماني پيچيده تر به نظر مي آيد كه مشخص مي گردد در بسيار از موارد اين هماهنگي بطور كامل امكان پذير نبوده (1) بنابراين اهميت بررسي و انتخاب  مناسب ترين نوع و بهترين محل براي فيوزها و مشخص كردن ناحيه ناهماهنگي حفاظتي در هر حالت روشن مي گردد .

در كتابها و مقالات مختلف ناحيه هماهنگي ميان فيوزها و ريكورزها از لحاظ كلي نشان داده شده است (2) و (3) ولي در عمل تاكنون در مراجع مختلف بهترين روش  هماهنگي و مشخص نمودن ناحيه ناهماهنگي با رله هاي گوناگون با توجه به جزئيات مشخص نگشته است در اين مقاله هماهنگي بين فيوزها با رله ها و ريكلوزرهاي سرخط در فيدرهاي فشار متوس مورد بررسي قرار گرفته و با توجه به منحني واقعي فيوزهاي مورد استفاده و تنظيم واقعي رله هاي سرخط ناحيه ناهماهنگي حفاظتي در هر حالت مشخص گشته و بهترين روش فيوزگذاري حفاظتي به منظور از بين بردن يا به حداقل رساندن اين ناحيه بيان مي گردد .

همچنين هماهنگي بين فيوزها با رله ها و ريكوزرها در رابطه با عملكرد واحد لحظه اي رله ها نيز توضيح داده مي شود  .

2- هماهنگي فيوز با رله هاي جريان زياد زمان ثابت (DTOC)

رله هاي جريان زياد زمان ثابت به ازاء جريان عبور كننده بيش از جريان تنظيمي رله پس از يك مدت زمان ثابت و قابل تنظيم عمل خواهد نمود نظر به اينكه منحني فيوز بصورت معكوس بوده مشخص خواهد بود كه هماهنگي كامل بين فيوزها و رله هاي DTOC  همواره مهيا نبوده و به ازاء يك محدوده جريانهاي خطا بسته به منحني فيوز و تنظيم رله، رله و سرخط سريعتر از فيوز عمل خواهد نمود در ابتدا فرض بر اين است كه رله DTOC  بر روي زمان عملكرد 5/0 ثانيه (كه عموميت دارد ) تنظيم بوده جداول و محاسبات مربطوه ب راين اساس بدست خواهد آمد بديهي است كه در صورت مغايرت داشتن زمان عملكرد با اين مقدار جداول و محاسبات آن با توجه به منحني ارائه شده براحتي قابل دسترس خواهد بود .

در شكل (1) منحني فيوزهاي نوع كند سوز (K) كه عملا درشركتهاي توزيع مورد استفاده قرار گرفته و منطقه با استاندارد IEC بوده نشان داده شده است (4) از آنجا كه عملا از فيوزهاي تند سوز (T) در فيدرهاي فشار متوسط به منظور حفاظت قسمتي زا فيدر كمتر استفاده مي گردد  تنها فيوزهاي كند سوز (K) مورد بررسي قرار گرفته است .

در شكل (2) همين منحني ها با منحني يا رله جريان زياد زمان ثابت (DTOC) با جريان عملكرد 300 آمپر و زمان 5/0 ثانيه بر خورد داده شده و مشخص مي گردد كه به ازاء جريانهاي اتصالي قبل از محمل برخورد منحني رله با هر فيوز رله سريعتر از رله سرخط سريعتر از فيوز عمل مي كند بدست خواهد آمد كه نتايج آن در جدول شماره (1) نشان داده شده است بديهي است كه جريانهاي خطاي كمتر از تنظيم رله باعث عملكرد رله نخواهد شد و بنابراين محدوده نشان داده شده  در جدول (1) محدوده اي است كه رله سرخط سريعتر از فيوز عمل نمده و در واقع محدوده نامناسب حفاظتي مي باشد براي مثال چنانچه رله سرخط با تنظيم جرياني 300 آمپر بوده و روي فيدر خروجي با فيوز 63 آمپر نصب باشد به ازاء جريانها اتصالي در محدوده بين 300 تا 497 آمپر كه بعد از فيوز رخ مي دهد رله سريعتر عمل مي كند با توجه به جدول مشخص است كه فيوزهايي كه با (NO Operation )N.O مشخص هستند همواره سريعتر از رله عمل نموده و بنابراين استفاده از آنان هم به عنوان حفاظت در مقابل اتصال كوتاه و هم حفاظت در برابر قول بار شدن هيچ ناهماهنگي حفاظتي بوجود نخواهد آورد .

بنابراين توسط جدول (1) مي توان نقاط ناهماهنگي حفاظتي يك فيدر كه رله و فيوز گذاري آن مشخص باشد را تعيين نمود در شكل (3) مقادير حداكثر جريان خطا كه رله سريعتر از فيوز عمل مي كند با ستاره مشخص شده است با استفاده از جدول (1) و شكل (3) مي توان مناسب ترين فيوزگذاري حفاظتي با كمترين ناهماهنگي را به دست آورد كه در زير شرح داده مي شود در شكل (4) يك فيدر شعاعي در نظر گرفته شده كه در نظر است محل و نوع مناسب فيوز F­₁  و F_N   براي آن مشخص گردد فرض بر اين است كه جريان تنظيمي رله و زمان آن مشخص و ثابت بوده و همچنين سطح اتصال كوتاه در ابتدا خط نيز معلوم باشد كه با توجه به مشخصات خط جريان اتصالي در هر فاصله اي مشخص خواهد بود فرض بر اين است كه در ابتدا فيوز گذاري بر اساس جريان هر قسمت از فيدر انجام مي گردد بديهي است كه گذاشتن فيوزهايي كه در جدول (1) با N.O مشخص شده اند در هر شرايطي اشكالي را ايجاد نمي كند در غير اينصورت فيوز انتخاب شده و محل آن بايد به گونه اي انتخاب شوند كه جريان خطا كه به دليل اتصال پس از فيوز رخ مي دهد از حداكثر محدوده جريان خطاي عنوان شده در جدول (1) بيشتر باشد و در غير اينصورت بايد فيوز به سمت رله به گونه اي جابجا گشته يا نوع فيوز تعويض شود كه اين شرايط حاصل  گردد اگر اين شرايط حاصل نگردد در محدوده اي كه در بالا توضيح داده شده ناحيه نامتناسب حفاظتي وجود داشته و رهل سريعتر از فيوز عمل خواهد نمود .

مثلا با توجه به جدول (1) يا شكل (3) اگر تنظيم جرياني رله 300 آمپر با زمان عملكرد 5/0 باشد انتخاب فيوز تا 30 آمپر مشكلي را ايجاد نخواهد نمود و  در هر محلي قابل نصب هستند ولي به ازاء فيوزهاي بالاتر بايد قانون گفته شده صادق باشد مثلا اگر IFI = 700 A باشد بايد از فيوز 80 آمپر و كمتر استفاده نمود و در صورتي كه استفاده از فيوز 100 آمپري اجتناب پذير باشد بايد محل فيوز به سمت رله جابجا شد هبه گونه اي كه جريان اتصالي بعد از آن از 818 آمپر بيشتر  گردد .

تمام جداول و محاسبات  گفته شده براي تنظيم زماني رله بر روي 5/0 ثانيه بوده بديهي است چنانچه تنظيم زماني رله با اين مقدار تفاوت كند قوانين كلي ثابت بوده و براحتي با توجه به كشل (2) جدولي مشابه جدول (1) براي اين حالت قابل تنظيم خواهد بود .

3- هماهنگي فيوز با رله هاي جريان زياد معكوس (IDMT)

رله هاي جريان زياد معكوس (IDMT) بر خلاف رله هاي زمان ثابت (DTOC) زمان ثابتي نداشته و زمان عملكرد آن بسته به جريان عبور آن رله داشته كه ميان آنرا منحني رله تعيين مي كند يك رله IDMT مي تواند منحني هاي مختلفي داشته باشد ولي از آنجا كه در روي فيدرها خروجي معمولا از منحني معكوس استاندارد (SI) استفاده مي گردد در اينجا نيز همين منحني براي رله در نظر گرفته شد ه است معمولا رله هاي فيدرهاي خروجي بر اساس TMS = 5 %  تنظيم مي گردد ولي از آنجا كه بدليل محدوديت برخي رله ها و ملاحظات ديگر از TMS= 5%  نيز استفاده شده در اين مقاله هر دو حالت در نظر گرفته شده است .

در شكل (5) محل برخورد منحني رله IDMT با تنظيم جريان آستانه عملكرد Ib = 300 A  و TMS = 5%  با منحني فيوزها نشان داده شده است در جدول (2) و (3) محدوده جرياني كه رله سريعتر از فيوز عمل خواهد نمود بر  اساس تنظيمات مختلف جريان آستانه عملكرد رله براي كليه فيوزها به ترتيب براي منحني ها TMS= 10 %  , TMS = 5%  نشان داده شده است همانگونه كه مشاهده مي گردد استفاده از رله معكوس نسبت به  زمان ثابت در شرايط يكسان انتخاب بيشتري از فيوزهايي كه مطمئنا از رله سريعتر عمل خواهند نمود (نشان داده شده با N.O) وجود خواهد داشت ولي محدوده عملكرد نامناسب حفاظتي براي بقيه فيوزها بيشتر خواهد بود مثلا براي يك رله معكوس با جريان آستانه عملكرد TMS = 5% , Ib= 200 A  استفاده  از فيوز تا 30 آمپر هيچ اشكالي را ايجاد نخواهد كرد در صورتي كه رله زمان ثابت اين انتخاب تا فيوز 20 آمپر بود ولي از طرف ديگر مثلا براي فيوز 100 آمپر در نوع ثابت ناحيه نامناسب حفاظتي به ازاء جريان اتصالي (200 A < IF < 818 A )  بود در صورتيكه از رله معكوس اين مقدار به ميزن ( 100A < IF < 1175 A )  افزايش يافته است بنابراين با استفاده از جداول (2) و (3) مي توان در يك فيدر مربوطه به منظور بهترين فيوز گذاري حفاظتي به صورتي كه ناحيه نامناسب حفاظتي وجود نداشته يا حداقل گردد مانند آنچه در رله زمان ثابت توضيح داده شده و با استفاه از جداول ((2) و (3) قابل  انجام است .

4- هماهنگي فيوز با واحد لحظه اي رله هاي جريان زياد

واحد لحظه اي رله هاي جريان زياد به گونه تنظيم  مي شوند كه به منظور جلوگيري از آسيب ديدن تجهيزات پستهاي فوق توزيع در اتصالهاي شديد بدون تاخيري زماني در حداكثر سرعت باعث عملكرد رله گردد بنابراين بديهي است كه در اين حالت هماهنگي ميان فيوز رله امكان پذير نبوده و تنها راه حل آن محدود كردن ناحيه عملكرد واحد لحظه اي رله به قبل از اولين فيوز حفاظتي با توجه به سطح اتصال كوتاه آن مي باشد .

5- هماهنگي فيوز با رله اتصال زمين

معمولا تنظيم زماني رله هاي اتصال زمين فيدرهاي فشار متوسط مانند رله هاي جريان زياد بوده و بنابراين هماهنگي بين فيوزها و اين رله ها همزمان با هاهنگي با رله هاي جريان زياد انجام خواهد داشت ولي چنانچه يك اتصالي با آمپدانس بالا در فيدر رخ دهد كه فيوز با تاخير قابل ملاحظه ذوب گردد امكان عملكرد سريعتر رله اتصال زمين به دليل تنظيم پايين وجود خواهد داشت كه اين موضوع بسته به آمپدانس اتصالي امپدانس سيستم زمين و امپدانس مولفه صفر سيستم دارد .

6- هماهنگي با ريكلوزرها

در ابتدا فرض مي شود كه ريكلوزري مي تواند براي چندين بازو بست برنامه ريزي شده كه در هر بار عملكرد با يك منحني ثابت مانند منحني رله هاي زمان ثابت يا معكوس باشد (5) و (6) برخي از ريلكوزرها بر اساس منحني هاي Megraw  عمل مي كنند كه در كشورهاي آمريكايي معمول بود و به دليل اينكه در ايران كمتر مورد استفاده بوده در نظر گرفته نمي شوند .

تفاوتي كه هماهنگي بين فيوزها و ريكلوزرها در مقايسه با رله ها وجود دارد اين است كه ريكلوزر بسته به برنامه در نظر گرفته شده براي آن تا چندين مرتبه عمل قطع و وصل را انجام داده و در وصل هاي دوم  و بالاتر هنوز فيوز بطور كامل حرارت ناشي از عبور جريان اتصالي را دفع نكرده و بنابراين منحني فيوز تغيير مي كند روشي كه در مقالات براي در نظر گرفتن اين اثر پيشنهاد مي گردد اي است كه منحني فيوز در اين حالت 75 % منحني فيوز در حالت نرمال در نظر گرفته مي شود (2) و (3) در شكل (6) منحني برخورد ركلوزر كه بصورت معكوس و با پارامترهاي TSM = 5% , Ib = 300 A  فرض شده است با منحني فيوز در صورتي كه ضريب 75%  براي آن در نظر گرفته شده نشان داده مي شود .

بنابراين اگر بدترين حالت يعني همان بازويست اوليه در نظر گرفته شود هماهنگي فيوزها با ريكلوزرها مانند رله هاي جريان زياد معكوس مي باشد اين نتيجه بديهي است زيرا در بازويستهاي دوم و سوم فيوز گرم بوده و سريعتر ذوب شده و ناحيه ناهماهنگي حفاظتي كمتر خواهد بود ولي در ريكوزرهاي جديد اين قابليت وجود دارد كه براي عملكرد رله در بازبستهاي مختلف از منحني هاي متفاوت استفاده گردد لذا فيوزها اتصالي رفع گشته و در بازوبست هاي بعدي كه اتصالي بصورت پايدار تشخيص داده دشه ريكلوزر بر  روي منحني هاي تنظيم شده و هماهنگ با فيوزها عملكرد داشته باشد تا فيوزها سريعتر از ريكلوزر عمل نموده و محل اتصالي را جدا كن د(2) و (3) .

در شكل (7) برخورد منحني هاي واقعي فيوزها (4) و منحني عملكرد ريكلوزر بصورت لحظه اي و با منحني زماني با I_b = 300 A  و TMS = 5%  با استفاده از منحني واقعي ريكلوزر GVR  (5) با در نظر گرفتن ضريب 75 % نشان داده شده است در اين حالت ناحيه هماهنگ بين فيوز و ريكوزر نواحي است كه عملكرد فيوز بين دو منحني لحظه اي و تاخيري قرار گرفته باشد بنابراين مشخص است كه نواحي نا هماهنگ بين ريكلوزر و فيوز به دو قسمت مختلف شكسته مي گردد .

در جدول (4) و (5) محدودهاي ناهماهنگي حفاظتي بين ريكلوزر و فيوز بصورتي كه در بالا شرح داده شده نشان داده شده است .

با استفاده از جدول (4) و (5) مي توان مناسب ترين فيوزگذاري حفاظتي يا كمترين ناهماهنگي را به دست آورد كه روش آن مطابق آنچه قسمت 2 شرح داده شد و با توجه به شكل 4 خواهد بود .

با مقايسه جداول (4) و (5) با جداول (2) و (3) مشخص مي گردد كه استفاده از ريكلوزر در حالت شرح داده شده نسبت به رله ها محدوديت بيشتر از لحاظ هماهنگي حفاظتي با فيوزها تدارد ولي به دليل رفع اتصاليهاي گذرا بدون آسيب رسيدن به فيزو از برتري خاص برخوردار است براي مثال در جدول (2)  مشخص مي گردد كه در تعداد زيادي از نقاط ناحيه هماهنگي ميان فيزو و رله وجود دارد (نشان داده شده با N. O ) ولي در جدول (5)  در هيچ ناحيه اي بصورت كامل ناحيه هماهنگي وجود نداشته اما در شرايط مشابه ناحيه هماهنگي محدودتر مي گردد .

هماهنگي فيوزها در فيلرهاي فشار متوسط با واحد تاخيري رله هاي جريان زياد با توجه به نتايج جدول (1) و (3) و با ريكلوزرها با توجه به نتايج جدول (4) و (5) امكان پذير مي باشد گاهي اوقات اين هماهنگي بطور كامل امكان پذير نبوده ولي با استفاده از اين جدول و روش شرح داده شده مي توان به گونه اي محل و نوع فيوزها را انتخاب نمود كه محدوده ناهماهنگي حفاظتي مشخص بوده و حداقل گردد .

هماهنگي ميان فيوزها با واحد لحظه اي رله هاي جريان و اتصال زمين همواره امكان پذير  نبوده و گاها عملكرد سريعتر يا همزمان رله ها با فيوز در اين حالتها اجتناب ناپذير بوده و تنها راه حال آن محدود كردن ناحيه عملكرد واحد لحظه اي رله به قبل از اولين فيوز حفاظتي با توجه به سطح اتصال كوتاه آن مي باشد و لي در هماهنگي ميان فيوزها با واحد لحظه اي ريكلوزرها بايستي ريكلوزر را به گونه اي برنامه ريزي نمود كه در عملكردهاي اول واحد لحظه اي و در عملكرد آخر واحد تاخيري با هماهنگي مناسب عمل نمايد .

جمع بندي  :

خوب در اين فصل سعي بر اين بود كه تا حدودي با فيوز ها سكسيونر ها و ساير ادوات حفاظتي قدرت كه به اسم فيوز و قطع كننده قدرت الكتريكي شناخته مي شوند آشنا شديم و ديديم كه همگام با پيشرفت عظيم صنعت برق اين وسايل حفاظتي نيز پيشرفت نموده اند طوريكه تصور يك سيستم قدرت حتي ساده مثلا 10 شينه نيز بدون داشتن ادواتي مانند فيوزهاي قدرت و سكسيونر ها غير قابل قبول است چون با احتمال خيلي بالايي  ما آن سيستم قدرت را از دست خواهيم داد و پيشرفت اين وسايل به معني كم كردن هزينه هاي ناشي از پشتيباني از يك سيستم قدرت مي باشد بنا بر اين با توجه به كاربرد گسترده اين وسايل قدرت همانطور كه ديدم احتياج به يك هماهنگي خاص بين آنها و آن سيستم  قدرت مي باشد كه اين مساله شايد جزء حياتي ترين قسمتهايي نصب و طراحي اين آلمانها خواهد بود پس مي توان گفت كه براي داشتن يك سيستم قدرت پيشرفت لازم به داشتن يك سيستم حفاظتي پيشرفته تر مي باشد كه فيوزها و  CIRCUIT BREAKER  ها جزء لاينفك اين سيستم حفاظتي است . در اين فصل سعي بر آن بود با تعدادي از اين فيوزها كه در گسترده وسيعي از يك موتور الكتريكي تا سيستم قدرت استفاده مي شد آشنا مي  شويم كمي بيشتر اهميت اين ادوات به ظاهر داراي ساختمان ساده را متوجه باشيم .

فصل سوم

امروزه در سيستمهاي قدرت استفاده از خطوط انتقال با ماكزيمم بار ممكن مساله مهمي است چون بروز خطا در سيستمها غير قابل پيشگيري است ما بايد از سيستمهاي حفاظتي اتوماتيك در خطوط استفاده كنيم كه در كوتاهترين زمان ممكن خطا را در سيستم رفع كنند و بايد با ايمني بالا و عملكرد سريع و بدون دخالت اپراتور كار خود را انجام دهند در بيشتر موارد حفاظت خطوط انتقال خيلي مشكلتر از حفاظت باس بارها است در اين مقاله تاكيد ما بيشتر بر روي حفاظت خطوط انتقال است خطوط انتقال داراي تجهيزاتي براي انتقال انرژي و رله هاي حفاظتي است . وظيفه رله ها حفاظت از خط در مقابل خسارات فيزيكي است به عنوان مثال جريان زياد د رمدت زياد رله ها بايد عملكرد سريع داشته باشند تا از ناپايداري سيستم جلوگيري كنند و فاكتور حفظ پايداري سيستم و عملكرد سريع و مطمئن رله فاكتورهايي هستند كه با هم در تضادند چون ناپايداري ولتاژ در يك مدت زياد باعث اضافه جريان مي شود و يا قطع اشتباهي رله باعث ناپايداري سيستم شود اين مشكلات و پيكر بندي مختلف شبكه هاي قدرت باعث مشكلات حفاظتي براي سيستم هاي قدرت مي شود كه بر طرف كردن آنها به تجربيات و نقشه هاي پيشرفته نياز دارد يك راه حل آن اين است كه ما بين سيستم هاي حفاظتي در يك شبكه هماهنگ سازي بوجود بياوريم با پيشرفت سريع فناوري اطلاعات كه مساله مهم و قابل دسترس است استفاده از اين روش براي سيستم هاي حفاظتي قدرت مورد توجه قرار گرفته است يكي از روشهايي كه جديدا استفاده شده سيستمهاي اندازه گيري فازوري است كه سنكرون كردن آن توسط سيستمهاي اندازه گيري ماهواره اي (WAMS) انجام مي شود مزيت اين سيستم هاي اندازه گيري اين است كه يك حفاظت جامعه و كامل از شبكه مي كنند بر خلاف حفاظتهاي محلي كه فقط در آن رله ها براي محل كار خود تنظيم  مي شود هدف كلي ما در اين مقاله ارائه روشي براي جلوگيري كردن از فروپاشي و ناپايداري شبكه ها و جلوگيري از خسارت ديدن تجهيزات قدرت است . براي اينكه ايده ما عملي شود در ابتدا بايد با يك سري مفاهيم كلي ك در ارتباط با فروپاشي و ناپايداري شبكه و خسارت تجهيزات مي باشند آشنا شويم.

ايمني و انتخابي بودن و عمل كرد سريع :

ايمني يعني اينكه اپراتور در برابر تشخيص خطا عمل كند تا حد امكان خسارات وارد بر سيستم كم شود تشخيص خطا و رفع آن بايد انتخابي باشد . يك سيستم حفاظتي خوب بايد مشكلات بوجود آمده براي سيستم را رفع كند بدون اينكه ديگر نقاط سيستم آسيب ببيند و يا قطع شود و فقط قسمتي از سيستم كه خطا در آن اتفاق افتاده بايد از مدار خارج شود و بقيه سيستم به عملكرد خود ادامه دهد . انتظاري كه از سيستم اتوماتيك مي رود اين است كه بايد خيلي سريعتر از يك اپراتور عمل كند و علاوه بر ان تصميماتي كه يك انسان نمي تواند  يا خيلي دير و يا هر گز عملي كند انجام دهد هر چه يك رله سريعتر كار كند وقفه خاموشي سيستم ما كمتر است و خسارت كمتري به سيستم ما وارد مي شود .

3-2 خطاهاي اتصال كوتاه

يكي از دلايلي كه اتصال كوتاه بايد سريع در شبكه رفع شود اين است كه پايداري گذراي شبكه نبايد از بين رود و بايد خطا سريع رفع شود به دليل محدوديت جذب انرژي در خطوط انتقال و كابلهاي فشار قوي ما بايد سريع خطاي اتصال كوتاه را رفع كنيم زيرا در اتصال كوتاه  جريان زيادي از آنها عبور مي كند و گرماي شديدي در آنها بوجو مي آيد كه خسارت جبران ناپذيري به آنها وارد مي كند همانطور كه در معادله زير نشان دادده شده است .

هنگامي كه معادله (3-2) و (3-3)  را در (3-1) قرار دهيم رابطه زير بدست مي آيد

رابطه جريان و گرما را مشاهده مي كنيد كه درجه حرارت اوليه در آن ماكزيمم دماي حالت نرمال سيستم است مشكل ما در مدت اتصال كوتاه اين است كه گرماي شديدي در تجهيزات ما بوجود مي آيد و تجهيز هم نمي تواند آن را با محيط مبادله كند و باعث بالا رفتن دماي آن شده و عمر تجهيز را كم مي كند .

3- 3 انواع رله هاي حفاظتي

1-3-3- رله هاي اضافه جريان

سه نوع رله اضافه جريان داريم : رله اتصال كوتاه رله اتصال زمين و رله اضافه بار .

عملكرد اين رله ها بر اساس مقايسه بين جريان عبوري از آن و جريان تنظيم شده براي آن است رله هاي اضافه جريان داراي ساختاري ساده و قيمت ارزاني هستند ولي كاربرد آنها و نصب آنها خيلي مشكل است مهمترين مشكل در خصوص اين رله ها تنظيم ماكزيمم جريان عبوري بر حسب زمان است تنظيم خصوصيات مختلف رله و هماهنگي  آنها ممكن است موجب ايجاد علكرد اشتباه در رله شود و اين يكي را دلايلي است كه اين رله ها فقط به عنوان حفاظت پشتيبان و با حفاظت شبكه هاي توزيع شعاعي استفاده مي شود به همين دليل ما در اين مقاله فقط شبيه ساز رله هاي اتصال كوتاه را بررسي مي كنيم .

1-1-3-3 رله هاي اضافه جريان – اتصال كوتاه

جريان خطوط انتقال با ورودي متغير وارد اين رله ها مي شود و عملكرد اين رله هاي مستقل از جهت جريان است اگر تشخيص جهت جريان مهم باشد ولتاژ به عنوان يك ورودي ديگر اضافه مي شود رله هاي اضافه جريان به دو دسته مستقل از زمان و وابسته به زمان تقسيم مي شود و بسته به كاربرد آنها اين رله ها انتخاب مي شوند و انتخاب يك رله با يك مشخصات خاص زياد مهم نيست .

مشخصه قطع رله هاي اضافه جريان

در اروپا انتخاب رله بيشتر به محل كاربرد آن دارد در آمريكا انتخاب رله بسته به جريان آن دارد انتخاب رله خود يك مساله است و هماهنگي بين رله ها در شبكه مساله ديگر است . جريان عملكرد رله ها هميشه جرياني است كه بيشتر از ماكزيمم جريان عبورياز رله در حالت نرمال آن است براي جلوگيري كردن از قطع كردن رله ها در مورد غير لزوم جريان عملكرد رله ها بايد طوري تنظيم شود كه حفاظتي براي سكشنهاي بعدي ما ايجاد كند و همچنين پشتيباني باشد براي ديگر رله ها به عنوان مثال اگر خطايي در انتهاي خط بعدي اتفاق افتد از آن به عنوان يك پشتيبان حفاظت كند .

1-2-3-3 رله هاي حفاظت اتصال زمين

در سيستمهاي قدرت كه به صورت متعادل كار مي كند اختلاف جريان بين فازها بسيار كم است در صورت بروز خطاي اتصال زمين اختلاف جريان فازها تفاوت زيادي با هم خواهند داشت بنابراين براي تشخيص بروز اين خطا در شبكه از اختلاف جريانها استفاده مي شود كه به جريان بار بستگي نداشته باشد در نقاطي كه نقطه صفر ما زمين شده باشد همان حفاظت اضافه جريان اين كار را انجام مي دهد و در ديگر شبكه ها حفاظت ديستانس اين كار را انجام مي دهد .

2-3-3 حفاظت ديستانس

اين نوع حفاظت كاربرد زيادي در شبكه هاي قدرت دارد اساس عملكرد بيشتر رله ها مقايسه جريان ورودي و خروجي است و خطوط انتقالي كه فاصله دو طرف آنها خيلي زياد است بايد طول مدارات رله به اندازه طول خط انتقال باشد بنابراين در خطوط انتقالي كه طول آنها زياد است از حفاظت ديستانس استفاده مي شود كه يك حفاظت داراي انتخاب بالا و قابل اطمينان است و استفاده آن در خطوط انتقال به سرعت در حال پيشرفت است

1-2-3-3 اساس عملكرد حفاظت ديستانس

حفاظت ديستانس هماهنگ كردن حفاظت سيستم است كه بسته به جهت عبور جريان و مقاومت سيستم دارد حفاظت ديستانس نوع واحدي از حفاظت نيست و داراي اين توانايي است كه ميان خطاهاي رخ داده در بخش هاي گوناگون سيستم بر مبناي امپدانس اندازه گيري شده خطاي رخ داده را تشخيص دهد اساسا اين امر به معناي مقايسه جريان خطاي ديده شد .

با افزايش مسافت بين محل خطا و محل نصب رله زمان قطع رله افزايش مي يابد رله هاي ديستانس با اندازه گيري امپدانس خط عمل مي كند و در حالت عادي امپدانس زيادي را مي بيند هنگام بروز خطا امپدانسي را كه مي بيند امپدانس محل رله تا محل خطا است و مقاوتي كه باعث محدود شدن جريان خطا مي شود و بسته به نوع خطا دارد رله با مقايسه بين حالت عادي و حالتي كه جريان افزايش مي يابد آن را تشخيص مي دهد . با اندازه گيري ولتاژ و جريان رله مقدار نهايي مقاومت و راتانس را محاسبه كند اگر مقدار محاسبه شده كمتر از مقدار تنظيم شده داخل رله باشد و خطا در محدوده حفاظتي آن رخ داده باشد رله عمل مي كند نمودار R- X رله در شكل 3 نشان داده شده است اين ناحيه امپدانسي براي خطا لازم است چون ممكن است مقاومت خط نامعلوم باشد و بسته به نوع خطاي اتفاق افتاده دارد .

در حالت عادي نقطه مورد نظر بايد در سمت راست مبدا و به فاصله زيادي از آن قرار گرفته باشد (نطقه 1) در هنگام بروز خطا نقطه به سمت مبدا حركت مي كند و داخل منحني مشخصات قطع رله مي شود (نقطه 2) نكته حائز اهميت اين است كه پارامترهاي خط هميشه ثابت نيست و عواملي مانند شرايط بار و محيط و جبرانگرهاي افت و لتاژ در شبكه بر ان تاثير مي گذراد ترانسورماتورهاي اندازه گيري و رله ها نيز درصدي از خطا دارند كه با خطاي پارامرتي خط با هم خنثي مي شوند .

در شكل 4 نمودار حفاظت ديستانس نشان داده شده است اين نكته در نمدار ديده مي شود كه رله ها حفاظت اصلي براي ناحيه خود و پشتيباني براي خطهاي ديگر هستند .

هماهنگي اين رله ها با زمان بندي مختلف آنها انجام مي شود ناحيه اول بايد 80 درصد خط خود را بدون هيچ تاخيري پوشش دهد به علت خطاهايي كه در پارامترهاي خط وجود دارد و قبلا به آن اشاره شد و مقاومت ناحيه 1 نمي تواند تمام طول خط را توسط ناحيه 1 حفاظت كرد ناحيه دوم 20 درصد باقيمانده خط خود را پوشش مي دهد بعلاوه پشتيباني براي رله شماره 2 است ناحيه سوم پشتيباني براي رله 2 و 3 است هنگامي كه در خط 2 خطايي بين رله 2و 3 رخ دهد نه تنها رله 2 اين خطا را از مدار خطا را مي بيند R1 نيز آن را تشخيص مي هد در اين حالت R2 بايد خط 2 را از مدار خارج كند چون اين رله اول خطا را تشخيص داده است و در نهايت ناحيه 2 همان رله نيز اين خطا را تشخيص داده است رله R1 نيز در ناحيه 2و 3 خود اين خطا را تشخيص مي دهد ولي آنقدر بايد منتظر بماند تا اين خطا  در ناحيه عمل كرد آن بماند و يا رله R2 عمل نكند در عمل طول ناحيه دوم 120- 80% طول خط اول است بعلاوه 20% خط اول كه باقيمانده و حفاظت پشتيبان يا اضافي ناميده مي شود وظيفه آن حفاظت از انتهاي خط اول باس بار است طول ناحيه 3 معمولا 120 % بزرگترين خط مجاور است استفاده بيشتر از 3 ذون خيلي كم و به ندرت براي شبكه هاي قدرت استفاده مي شود به هر حال اساس ناحيه 3 تامين كردن 100 درصد حفاظت پشتيبان است براي كليد مدارهاي جانبي و زمان عمل كرد آن بسته به مدارات جانبي دارد .

برخي مشكلات و محدوديت هاي حفاظت ديستانس

يكي از محدوديت هاي رله ديستانس اين است كه ناحيه اول حفاظتي رله ديستانس در مقايسه با طرح هاي حفاظتي ديگر مانند حفاظت ديفرانسيل نمي تواند تمام مدار را پوشش دهد .

حفاظت كلاسيك ديستانس خطوط مشكلاتي را نيز در حالت هاي خاص نشان مي دهد كه برخي از اين مشكلات عبارتند از : سيستم هاي زمين شده با امپدانس بلا خطاهاي امپدانس بالا، حفاظت كال، خطوط كوتاه ، خطوط جبران شده با خازن سري وجود توليد گسترده در شبكه خطوط چند ترميناله و غيره . همچنين با گسترش شبكه الكتريكي و پيچيده تر شدن آن دستيابي به يك تنظيم مناسب براي هماهنگي بين رله هاي ديستانس و كاهش زمان عملكرد آن مشكل است .

فصل چهارم

چكيده :

در اين فصل در جهت بررسي خطرات الكتريكي موجود در محيط هاي كاري كارگران و بررسي و تجزيه و تحليل اينگونه خطرات تدوين و در نهايت در جهت محدود نمودن اختلاف ولتاژ بين هر دو نقطه قابل دسترسي كارگران در اطراف محيط كار به ميزان ولتاژ ايمن با توجه به استانداردهاي موجود در صنعت برق پيشنهاداتي را ارائه مي نمايد.

مقدمه :

در زمان انجام كارهاي تعميراتي در شبكه عليرغم بي برق بودن شبكه به دلايل اشتباه در مانورهاي عملياتي يا اتصال شبكه بي برق با مدارات برقدار و يا بعلت القاء الكتريكي به دليل در حوزه بودن خط و همچنني ولتاژهاي ناشي از صاعقه امكان برقدار شدن خط مي باشد زماني كه سيم هادي زمين برقدار مي گردد جريان عبوري از قسمتهاي زمين شده در صورت عدم وجود زمين حفاظتي مناسب باعث اختلاف ولتاژ زيادي بين قسمتهاي زمين شده مي گردد .

شكل 1 – بيانگر وضعيت كاري كارگران برقكار در محيط كاري مي باشد كه در آن ولتاژ غير نرمالي ظاهر گرديده است .

شكل 2- بيانگر وجود ولتاژ تماس در پاي يك ستون يا دكل فلزي برق مي باشد كه در آن امكان حادثه جهت سيمبان وجود خواهد داشت .

ايجاد زمين حفاظتي مناسب در محيط كار و پايين بودن ميزان مقاومت سيستم زمين باعث محدود كردن ولتاژ در محيط هاي كاري و در ارتفاع گرديده و اجراي روش هاي صحيح انجام كار تا حد زيادي مشكلات ناشي از ولتاژ گام و ولتاژ تماس جهت كارگران را كاهش مي دهد . شكل 1.

آشنايي با جريانهاي خطا

جريانهاي خطا در سيستم زمين حفاظتي به طريق ذيل جريان مي يابد .

• اگر به صورت اتفاقي خط بي برق از محل تغذيه اصلي برقدار گردد .
• مدار بي برق به صورت اتفاقي از مدار برقدار ديگري در مجاور آن به علت نزديك شدن فلش .

سيم مدار برقدار و يا افتادن يك هادي برقدار روي خط ارت شده برقدار شده باشد قبل از بي برق كردن خط و ايجاد سيستم حفاظتي زمين احتمال وقوع هر يك از دو مورد فوق مي بايستي مد نظر قرار گيرد و آمپراژ قابل عبور از سيستم زمين به طريقي انتخاب گردد كه متناسب با حداكثر آمپراژ عبوري ناشي از هر يك از دو مورد فوق و يا هر دو با هم باشد .

براي انتخاب مناسب سيستم حفاظتي زمين اطلاعاتي بشرح ذيل در رابطه با جريانهاي خطا در سيستم موردنياز مي باشد .

• مدار جريان خطا
• زمان عبور
• حداكثر مقدار جريان خطا و شناسايي نيروهاي مغناطيسي ايجاد شده .

حداكثر جريان خطا در ايستگاهها و پستهاي مختلف معمولا از اطلاعات موجود طراحي اينگونه سيستم ها قابل دسترسي مي باشد عددهاي موجود ميزان را تا 70 كيلو آمپر براي بعضي از سيستمها تخمين زده اند .

اگر چه جريان خطا به ميزان ماكزيمم آن با توجه به تغييرات در منبع ايجاد خطا و همچنين مقدار زياد در زمان ايجاد خطا به ندرت اتفاق مي افتد تبه هر حال به جهت ايجاد ضريب اطمينان بالاتر بهتر است در طراحي سيستم ارت حفاظتي حداكثر ميزان آن مد نظر قرار  گيرد .

اخيرا با استفاده از تكنيك هاي استفاده از كامپيوتر امكان شبيه سازي بروز خطا در سيستم هاي مختلف مقدور مي باشد .

شكل (3) نمايانگر نمونه اي از اين منحني ها مي باشد با توجه به شكل ملاحظه مي گردد كه احتمال بروز جريان خطا در حد ماكزيمم آن بسيار كم بوده و حدوداً 99 % احتمال وقوع خطا در حد  پايين تر از 60% مقدار حداكثر جريان خطا مي باشد و احتمال ايجاد خطا در سيستم به حدي كه ميزان جريان بيش از 60% حداكثر جريان خطاي سيستم باشد 1% مي باشد در هر حال استفاده از روشهاي احتمالاتي ما را به سمت در نظر گرفتن ميزان حداكثر جريان خطا به ميزان كمتري هدايت مي كند .

شكل (6) نمايانگر اين مطلب است كه امپدانس خط با دور شدن محل خطا از باس بار پست باعث تقليل در مقدار جريان خطا در سيستم مي گردد .

نظر به اينكه سيستم حفاظتي زمين ممكن است بين يك فاز با زمين يا بين دو يا سه فاز و سپس به زمين نصب گردد لذا خطايي كه بر اساس آن سيستم زمين طراحي مي گردد ممكن است به صورت خط به زمين يا فاز به فاز به زمين ياسه فاز خطا باشد بنابراين در طراحي سيستم زمين ها ي حفاظتي حداكثر مقدار جريان خطا با توجه به وضعيت هاي ارائه شده فوق مي بايستي بررسي و مد نظر قرار گيرد .

در دسترس ترين زمان عبور جريان بر اساس حوادث قبلي و تجربيات در ولتاژ خاص مي تواند در طراحي سيستم ارت حفاظتي مبناء قرار گيرد معمولا زمان تداوم نقص در سيستم براي حفاظت هاي ثانويه بر اساس تجربيات مبناي محاسبه براي سيستم هاي حفاظتي زمين قرار مي گيرد .

جريان ناشي از خطا به ندرت مي تواند ابتداعا مقداري بيش از مقدار حالت تعادل آن را كه معمولاً بعد از چند سيكل بدست مي آيد گردد (شكل 7) .

نيروهاي مكانيكي وارده به سيستم زمين در زمان وقوع خطا متناسب بانوان دوم مقدار جريان لحظه اي مي باشد بنابراين :

مقدار حداكثر جريان خطا نقش مهمي در تعيين زمين حفاظتي مناسب دارد .

جدول شماره  (4) نمايانگر نمونه اي از نيروهاي مكانيكي وارده با توجه به آمپراژ خطا در يك سيستم مي باشد .

با توجه به جدول ملاحظه مي شود اگر چه مقدار يك نيروها بالا هستند اما نيروهاي مخرب پيش از نيروهايي كه نياز به ثابت نگاه داشتن  يك كابل است كه نيروهاي مكانيكي وارده آن را شتاب داده و به سرعت بالايي رسانيده اند در سيستم ظاهر مي گردند بنابراين در طراحي و اجراي سيستم :

محل قرار گرفتن كابل حفاظتي زمين با توجه به موقعيت محل كار كارگران با عنايت به نيروهاي مكانيكي وارده به كابل در زمان عبور جريان خطا مي بايستي انتخاب گردد .

زمين هاي حفاظتي در حقيقت هادي هاي عايقي هستند كه مي بايستي قابليبت هدايت جريان و تحمل نيروهايي مكانيكي در مدت تداوم جريان را دارا  باشد بنابراين وضعيت سيم زمين بستگي به عوامل زير دار .

الف : بستگي به ظرفيت هدايت جريان  توسط كابل مربوطه .

ب : بستگي به ظرفيت هدايت جريان كلمپ كابل ارتباطي و اتصالات آن

ج : بستگي به چگونگي اتصال از نظر سطح تماس و محكم بودن اتصال نقاط انتهايي كابل

د: بستگي به شماي فيزيكي مدار .

ه : بستگي به مقاومت كامل سيستم زمين .

الف : نوع كابل :

منحني ذوب تعدادي از انواع سايز كابل هاي مسي در شكل 8 نمايش داده شده است چنانچه جريان عبوري از سيستم زمين باعث گداخته شدن كابل در زمان وقوع خطا گردد مقاومت كال افزايش يافته و باعث افزايش افت ولتاژ كابلهاي سيستم زمين مي گردد بنابراين ساير كابل معمولا بايد طوري انتخاب گردد كه با توجه به حداكثر مقدار جريان عبوري ناشي از خطا و زمان تداوم جريان گداختگي در كابل ايجاد نگردد .

ب : نوع كلمپ

بعد از تعيين كلمپ براي سايز معيني از كابل و هادي كه اتصال به آن انجام مي شود بهتر است بصورت نمونه آزمايش كافي بر روي سيستم نمونه ارت در حداكثر جريان در نظر گرفته شده انجام گردد . از عوامل مهم در اين كار انتقال كابل جريان بين كابل و نقطه اتصال داده شده و مقدار استقامت مكانيكي لازم در بدترين شرايط وقوع خطا د رسيستم مي باشد با توجه به اينكه نيروهاي مكانيكي وارده به كابل ممكن است باعث حركت كلمپ گردد بهتر است كلمپ طوري به محل اتصال وصل گردد كه چنين حركاتي باعث كنده شدن كامل كلمپ نگردد .

ج : اتصال كلمپ

مراقبت لازم در حين كار در جهت آماده سازي سطح نقطه تماس مي بايستي انجام گردد . بطوري كه مقاومت سطح تماس به حداقل رسيده تا از داغ شدن و تغيير شكل دادن كلمپ جلوگيري گردد كوتاهي در برداشتن لايه اكسيد شده نقطه تماس ممكن است باعث افزايش حرارت ناشي از مقاومت زياد نقطه تماس گرديده و در نتيجه منجر به ذوب شدن محل نقطه و شل شدن كلمپ گردد .

ه : شماي فيزيكي مدار

وضعيت خط از نطر تك مدار بودن يا دو مدار بودن شبكه در طراحي سيستم زمين حفاظتي نقش بسزايي دارد نيروي مكانيكي وارده بر كابل زمين نسبت عكس يا فاصله از مسير جريان عبوري سيم هادي كناري دارد بنابراين نزديكي و شكل مسير هاديهاي ديگر كه باقيمانده مدارات شده را تشكيل مي دهد اهميتي بسزايي در نيروهاي مكانيكي وارده به كابلهاي سيستم ارت دارد در زمان آزمايش سيستم زمين مسير جريان برگشتي را مي توان تعيين نمود توصيه مي گردد كه بدترين شكل كه امكان برخورد در محيط كار را دارد براي آزمايش نمونه سازي گردد .

و : مقاومت سيستم زمين :

در اكثر مواقع دو قسمت هادي كه سيستم كابل زمين به آنها متصل است بطور همزمان در دسترسي كارگران قرار مي گيرد در اين گونه مواقع اختلاف پتانسيل بين اين دو قسمت مي بايستي در زمان وقوع اتصالي ايمن باشد در بيشتر مواقع سايز كابلهاي مورد احتياج به منظور تطبيق با جريان خطا داراي مقاومت در واحد طول كمتري از آنچه مورد نياز سيستم است مي باشد .

در اين گونه مواقع افت ولتاژ در جامپرها و اتصالات ناديده گرفته مي شود به جز در مواردي كه طول كابل بسيار زياد باشد كه در آن  افت ولتاژ اتصالات نيز مد نظر قرار مي گيرد .

ولتاژ القايي

زماني كه يك خط ايزوله شده بي برق در جواريك يا چند خط برقدار قرار گيرد خط مذكور در معرض القاء خازني و مغناطيسي ناشي از خط برقدار مي باشد (شكل 9)

القاء خازني :

به دليل القاء خازني بين هر يك از خطوط برقدار و هر يك از خطوط بي برق ولتاژ به خط بي برق القاء مي شود ولتاژ القاء شده بستگي به ولتاژ اسمي خط و موقعيت قرار گرفتن فازهاي خط برقدار داشته  و مي تواند براي كارگران بسيار خطرناك باشد .

چنانچه خط بي برق در يك نقطه زمين گردد جريان القاء شده نسبت مستقيم به طول دو خط همجوار دارد .

در مثال فوق تا زمان وصل زمين حفاظتي در صورت در حوزه خازني قرار گرفتن خط هيچگونه مشكلي جهت كارگران بوجود نخواهد آمد اما چنانچه سيستم زمين مربوطه طقع گردد در آن صورت ممكن است عبور جريان خطا باعث جرقه زدگي گرد و در آن صورت پرسنل مشغول به كار در خطر خواهد بود آزمايش نشان داده  است كه طول جرقه كاملا غير قابل پيش بيني بوده و بستگي به جريان اوليه عبوري ولتاژ بعد از خاموش شدن جرقه آب و هواي غالب در منطقه و نهايتا سرعت بيرون كشيدن كلمپ هاي سيستم زمين دارد .

فلوي مغناطيسي القايي :

با توجه به نيروي القايي بين هر يك از فازهاي برقدار و بی برق یک خط باردار برقدار ولتاژ القایی در یک خط بی برق که در موازات خط برقدارکشیده شده ایجاد می نماید چنانچه مدار بی برق در دو نقطه که از طریق سیستم سوئیچینگ ارت زمین حفاظتی شده باشد یک جریان گردش از طریق زمینهای حفاظتی ممکن است در حد چند صد آمپر باشد که برای مدت طولنی جریان خواهد داشت در نتیجه این امر تولید ولتاژ و جریان باز یافت برداشتن سیستم های زمین کاری مشکل می باشد و امکان ایجاد مشکل جهت پرسنل برقکار را خواهد داشت ابزارهای سوئیچینگ و روشهای مناسب کار در اینگونه مواقع می بایستی مورد عمل قرار گیرد .

علاوه بر  مشکلات مربوط به جمع آوری کابلهای زمین به جریان القایی پیوسته که در سیستم ارت حفاظتی در حین کار ایجاد می شود به دلیل تغییرات در مقاومت زمین امکان ایجاد ولتاژ غیر ایمن و خطرناک را خواهد داشت جریان القایی فوق الذکر نسبت  مستقیم به جریان موجود در خط برقدار همجوار داشته و می تواند در بسیاری از موارد در صورت ایجاد خطا در مدار برقدار همجوار افزایش یابد از آنجا که سیستم زمین ایجاد شده بر مبنای حداکثر جریان خطای ایجاد شده سیستم و طارحی گردیده است بسیار مفید می باشد که جریان القایی توسط خط برقدار معیوب همجوار بتواند از ظرفیت مجاز سیستم زمین خط بی برق تجاوز نماید این امر حتی در زمانی که کار بر روی یک سیستم فشار ضعیف که در مجاورت یک شبکه فشار متوسط یا فشار قوی انجام شود نیز صدق می نماید .

ولتاژ های القایی ناشی از رعد و برق

اگر چه که انجام کار در مواقع طولانی و رعد و برق منع گردیده است به هر حال نمی توان این امر را تضمین نمود که رعد وبرق در نزدیکی محل کار اتفاق نیفتد بنابراین امکان وجود ولتاژ ناشی از رعد و برق عبوری از هر دو جهت محل کار می باشد .

این موج سینوسی در حین جابجایی در طول خط ضعیف تر می گردد ولی علیرغم ضعیف ولتاژ وجود چنین ولتاژهایی بر شبکه حتی در محل های دور از محل کار امکان خطر جهت کارگران را در بر خواهد داشت .

ایجاد سیستم حفاظتی زمین با سایز کابلهای مناسب، قابلیت ایستادگی سیستم زمین حفاظتی در سخت ترین شرایط رعد و برق را امکان پذیر می نماید .

در هر حال ولتاژ بوجود آمده در سیم ها به زمین هدایت و ولتاژهای گام و تمامس بوجود آمده در پایه های تاسیسات ممکن است خطراتی را در فواصل حتی دور از محل ایجاد رعد و برق موچب گردد .

روشهای ایجاد سیستم زمین حفاظتی

در این بحث روشهای متداول کا با توجه به استانداردهای بین المللی موجود توضیح داده می شود

زمان استفاده از سیستم حفاظتی زمین موقت و تعیین محل آن و همچنین تعیین نوع الکترود به کار رفته و چگونگ انجام کار و نکات ایمنی مورد نیاز در حین کار از موارد مورد بحث در این قسمت می باشد.

نکات تئوری

چنانچه خطی که جهت تعمیرات ارت گردیده است به دلایل مختلف برقرار گردد ولتاژ به وجود آمده در محل بستگی به عوامل مختلف به شرح ذیل دارد .

• جریان خطا در آن نقطه
• موقعیت مکانی سیستم حفاظت زمین به نسبت محل انجام کار و منبع جریان خطا
• تعداد فازهایی که زمین شده است .
• صحت اتصال و بانداژ بین هادی و سطح که کارگر روی آن ایستاده است .

کارگرانی که در پای کار قرار دارند در معرض ولتاژی قرار دارند که بستگی به روش اتصال پایه به سیستم ارت و همچنین نسبت مستقیم به موارد ذکر شده در بندهای یک و دو فوق الذکر دارد .

در یکی از روشهای به کار رفته مبادرت به زمین کردن شبکه در تیرهای جانبی محیط کار می شود در این روش با استفاده از دو دستگاه اتصال زمین موقت پایه های قبل و بعد از پایه محیط کار زمین می گردند .

روش دوم استفاده از یکدستگاه اتصال زمین موقت وایجاد سیستم حفاظتی تک نقطه ای روی تیری است که برقکار در روی آن مشغول به کار می باشد .

در روش ایجاد زمین حفاظتی در دو طرف محل کار جریان از طریق دستگاههای اتصال زمین نصب شده در پایه های دو سمت محیط کار تخلیه می گردند این امر باعث افزایش ولتاژ در سیستم زمین پایه بعدی می گردد و با توجه به اینکه محل کار انجام تخلیه می گردند این امرباعث افزایش ولتاژ در سیستم زمین پایه بعدی می گردد و با توجه به اینکه محل کار نیز پایه بعدی می باشد این امر باعث ایجاد اختلاف ولتاژ در پایه بعدی و هادی می شود و در نتیجه کارگر سیمبان در معرض ولتاژ بین هادی و پایه ای که روی آن کار می نماید می باشد که بسیار خطرناک می باشد با توجه به شکل 12 ملاحظه می شود که تخلیه جریانی به قدرت 1000 آمپر از طریق زمین حفاظتی دو پایه جانبی محل کار با مقاومت زمین 15 اهم می گردد این امر باعث ایجاد 15 کیلو ولت ولتاژ در پایه ای که کارگر روی آن کار می نماید شده و در نتیجه اختلاف پتانسیل پایه و هادی ایجاد خطر مرگ جهت سیمبان خواهند نمود ولتاژ تماس و گام  ایجاد شده در پای دکلهای زمین شده ایجاد مشکل جهت کاراگران پای کار خواهد داشت که می باید به کارگران توصیه های لازم ایمنی گفته شود .

در سیستم ایجاد زمین حفاظتی تک نقطه ای روی تیری که برقکار روی آن مشغول می باشد.

حداقل امپدانس مسیری که موازی با بدن سیمبان می باشد حاصل خواهید گردید که در نتیجه حداقل امکان برخورد ولتاژ در محیط با بدن برقکار وجود خواهد داشت در این روش پرسنل پای کار در معرض ولتاژ گام و ولتاژ تماس بیشتری نسبت به روش قبلی خواهند بود که در اینگونه سیستم ها توصیه می گردد به پرسنل پای کار توصیه گدد که فاصله لازم را از پایه دکل در نظر گرفته و از نزدیک شدن به آن خودداری فرمایند (شکل 5و 6) .

با توجه به مقایسه خطرات ناشی از روشهای فوق توصیه می گردد که با توجه به خطرات زیاد در سیستم ایجاد زمین حفاظتی در پایه های جانبی محل کار از روش ایجاد سیستم زمین تک نقطه ای استفاده گردد که این امر در کاهش خطرات مفید و موثر خواهد بود .

سیستم زمین حفاظتی تک فاز یا سه فاز

مقدار جریان اتصال کوتاه شده سه فاز ممکن است بیشتر از مقدار آن در حالت تک فاز باشد و این امر مخصوصا در مواردی که مقاومت زمین بالا می باشد بیشتر مشهود می شود در حقیقت جریان خطای تک فاز یک شبکه سه فاز توزیع که در یک فاز زمین حفاظتی با مقاومت بال شده است ممکن است به میزان کافی جهت باز کردن کلید CIRCUIT BREAER کافی نباشد .

زمین های حفاظتی اعمال شده روی کلیه فازها در صورت بالابردن میزان مقاومت زمین تاثیر بسزایی در عملکرد به موقع کلیدهای قطع کننده مدار دارد .

علاوه بر این زمین سه فاز بدان معنی است که فقط قسمت کمی از جریان خطا به زمین در پای تاسیسات جریان می یابد و بنابراین باعث کاهش در ولتاژ گام و ولتاژ تماس در پای  کار خواهد گردید .

استفاده از زمین حفاظتی روی یک فاز از سه فاز موجود فقط در مواردی که مقاومت زمین محل کار به قدر کافی پایین باشد توصیه می گرد که این امر باعث پایین آوردن میزان ولتاژ تماس و گام به حد قابل قبولی خواهد شد در هر حال فضای حفاظتی لازم می بایستی جهت فازهای زمین نشده مد نظر قرار گیرد و به کارگران توصیه های لازم ایمنی در این مورد داده شود .

اتصالات و بانداژها :

علاوه بر آنکه هادی در محل کار زمین می گردد ممکن است که محلی که کارگر در روی آن ایستاده است نیز به سیم زمین متصل می گردد نیازمند این چنین بانداژی می باشددر صورتی که مدار بصورت اتفاقی برقدار گردد اینگونه بانداژها کارگر را با تاسیسات برقدار هم پتانسیل می نماید .

با توجه به اینکه مقاومت یک تیر چوبی در حد 2000 اهم در فوت تخمین زده است تیرچوبی مربوطه می بایستی از دیدگاه ایجاد حوادث منج به شوک بعنوان یک هادی جریان الکترویکی تلقی گردد .  متاسفانه مقاومت اینگونه تیرها آنچنان بالا است که نمی توان یک اتصال زمین مناس جهت کارگران صعود کننده از اینگونه تیرها در نظر گرفت به همین منظور با نصب یک خاموت مناس روی تیر در پایین محلی که کارگران روی تیر مشغول به کار می باشند ضمن اتصال پایه به سیستم ارت حفاظتی کابل مربوطه به پای تیر هدایت می گردد .

ضمناًاز جهت مطنئن شدن از صحت کار بهتر است همیشه قبل از نصب سیستم زمین مبادرت به کنترل کابل هادی زمین از نظر قطع شدگی و لایه لایه شدن نمود .

نتیجه :

با توجه به جریانهای خطا در سیستم زمین حفاظتی و همچنین خطرات ناشی از ولتاژهای القاء خازن و فلوی مغناطیسی القایی از خطوط برقدار مجاور و ولتاژهای القایی ناشی از رعد و برق به جهت ایمن نمودن محیط کار کارگران برقکار شبکه توزیع موارد زیر توصیه می گردد .

• پیشنهاد می گردد در سیستم ایجاد زمین حفاظتی به دلیل وجود خطرات از روش ایجاد زمین حفاظتی در پایه های جانبی محل کار خود داری و فقط از روش ایجاد سیستم زمین تک نقطه ای استفاده گردد .
• استفاده از زمین حفاظتی روی یک فاز از سه فاز موجود فقط در مواردی که مقاومت زمین محل کار به قدر کافی پایین باشد توصیه می گردد که این امر باعث پایین آوردن میزان ولتاژ تماس و گام به حد قابل قبولی خواهد شد .
• اتصال محلی که کارگر روی آن ایستاده به سیستم زمین و هم پتانسیل کردن کارگر با تاسیسات برقدار توصیه می گردد .

منابع :

IEEE GUIDE FOR PROTECTIVE

CROUNDING OF POWER LINES

MOUSA ABDUL M, NEW GROUNDING PROCEDURES

FOR WORK ON POWER ON DE ENERGIZED LINES

ELECTRONISS MAY 1956

ELECTROSTATIC EFFECTS OF OVERHEAD TRANSMISSION

LINE . APRIL 1972

فصل پنجم :

حفاظت بهینه هوشمند اضافه جریان در سیستمهای قدرت

مقدمه :

در این فصل روشی بر اساس سیستمهای خیره ارائه می گردد که در ان بر اساس مکان قرار گرفتن رله نوع جریان اتصال کوتاه جریان تنظیمی رله و تعداد رله های پشتیبانی کننده از یک رله ضرایب خیره محاسبه می گردد و در هنگام محاسبات هماهنگی بهینه اعمال می شود علاوه بر این نحوه آرایش بندی پایگاه اطلاعات و عملکرد موتور استنتاج نیز ارائه می شود در انتها از شبکه 230 کیو وات تهران برای بدست آمده  نشان می دهد که از روش های پیشنهادی می توان در افزایش سرعت محاسبات هماهنگی بهنیه رله های جریان زیاد برای کاربردهای بهنگام استفاده نمود .

امروزه با گسترش شبکه های قدرت و پیچیده تر  شدن ارتباطات سیستمها جهت تامین انرژی قابل اطمینان برای مصرف کننده ها لزوم حفاظت مناسب اینگونه شبکه ها بیشتر احساس می گردد در این رابطه حجم اطلاعات تنوع آنها و محاسبات وقت گیر لزوم استفاده از کامپیوتر را اجتناب ناپذیر می نماید و دیگر نمی توان از روشهای گرافیکی یا بدستی و بصورت سعی وخطا در تنظیم رله ها استفاده نمود در این میان استفاده از روشهای کامپیوتری که با تکنیکهای هوشمند تلفیقی شده اند می تواند در رسیدن به پاسخ کمک شایانی نماید (1و2و 3) .

در چند سال اخیر نیز کاربرد سیستمهای خیره در حفاظت شبکه های قدرت مورد توجه قرار گرفته است اما به دلیل یک سری محدودیتها نظیر حساسیت عملکرد حفاظتی عملکرد رله ها در یک محدوده زمانی مشخص و کوچک اهمیت حفاظت وابستگی تنظیم رله ها به محاسبات پخش بار اتصال کوتاه و نحوه اتصال شبکه باعث گردیده است که بیتشر از سیستم ES در زمینه های خاصی نظیر تشخیص خطای امپدانس بالا محل خطا ، تعیین خطای پست و تعیین خطای ترانسفورماتورها بیشتر استفاده  گردد (4) سیستمهای خیره از اجزاء اصلی زیر تشکیل می شوند

پایگاه اطلاعات

متور استنتاج

واسط کاربر

اطلاعات در قسمت پایگاه اطلاعات به دو صورت بیان می شود دسته اول مربوط به قوانین کی هستند که بعنوان پایه برای سیستم محسوب می شوند و معمولا توسط استفاده کننده  به سیستم داده می شود این اطلاعات در قسمتی از پایگاه اطلاعات بنام حافظه  کاری ذخیره می گردد (5) دسته دوم اطلاعات مربوط به قوانین و تجربیات شخص خیره است این اطلاعات بر اساس آنها و با استفاده از روشهای جلو برنده و یا پس رونده و یا ترکیبی از آنها عمل  نتیجه گیری توسط موتور استنتاج صورت می گیرد (6) در این ارتباط زبانهای برنامه نویسی مختلفی استفاده شده اند که می توان آنها را به صورت ذیل نام برد

برنامه هایی مانند PROLOG LISP

پوسته های سیستم خیره مانند opss . EL

برنامه های سطح بالا مانند C, pascal

بنابراین با توجه به نوع کاربرد و سادگی می توان از برنامه های مختلفی برای نوشتن و ایجاد یک سیستم خیره استفاده نمود آخرین قسمت از یک سیستم خیره مربوط به واسط کاربر می باشد که کاربران می توانند با آن با سیستم خیره در اترباط باشند و نتایج و یا پیشنهادات ارائه شده از طرف سیستم را مشاهده کنند و یا به سئوالاتی مطرح شده از طرف سیستم پاسخ دهند .

در این فصل بمنظور پیوستگی مطالب در ابتدا معادلات هماهنگی بهینه رله های جریا زیاد خیره بطور خلاصه معرفی می گردند و سپس الگوریتم سیستم خیری پیشنهادی به همراه قوانینی که بر اساس آنها به اتصال کوتاه و تشکیل پایگاه اطلاعات نوشته شده و سپس روش پیشنهادی بر روی شبکه 230 کیلو ولت تهران مورد ارزیابی قرار می گیرد

• معادلات هماهنگی بهینه رله های جریان زیاد

در مسائل بهینه سازی یک تابع هدف تعریف می گردد و مسئله بهینه سازی در هماهنگی منجر به حداقل رسندن مقدار این تابع هدف تحت شرایط و قوید حاکم بر شبکه می باشد توابع هدف مختلفی که در سیستمهای قدرت به نظر گرفته می شند که کی یاز آنها عبارتند از :

3- روش پیشنهادی

روش پیشنهادی در جهت تعیین ضرایبی است که باعث سرعت بخشیدن در رسیدن به پاسخهای بهینه می گردد این ضرایب برای تمام رله ها شبکه بر اساس استفاده از سیستم خیره بدست می آیند و در هنگام اجرای عمل بهینه سازی مورد استفاده قرار می گیرند .

نحوه استفاده از این ضرایب خیره با توجه به الگوریتم بهینه سازی که در بخش 2 آورده شده بدین صورت است که از رابطه 5 برای تعیین مقایر جدید متغیرهای بهینه سازی استفاده می گردد مقادیر x_new  برابر با بزرگترین مقادیر بدست آمده X_obtained   می باشد

که در آن

X_obtained  : مقدار جدید بدست آمده   x_old   : مقدار قبلی بدست آمده     : مقدار ضریب خبره برای تعیین مقادیر  در روش پیشنهادی از ساختار پیشنهادی خیره که در شکل (1) آورده شده استفاده می گردد .

در این شکل موتور استنتاج با استفاده از اطلاعات موجود در پایگاه اطلاعات و انجام محاسبات اقدام به تعیین ضرایب  می نماید که در ادامه به توضیح هریک از اجزای سیستم خیره پیشنهادی می پردازیم .

1-3 پایگاه اطلاعات

پایگاه اطلاعات در روش پیشنهادی از دو قسمت تشکیل شده است که عبارتند از :

اطلاعات سیستم

قوانین خبره

اطلاعات مربوط به سیستم قدرت در قسمتی از پایگاه که Data Base  نامیده می شود ذخیره می گردد این قسمت شامل اطلاعات ذیل می باشد .

اطلاعات ترانسها

اطلاعات ژنراتورها

اطلاعات خطوط

اطلاعات رله ها

اطلاعات رله ها ی اصلی و پشتیبان

هر یک از این اطلاعات خود شامل مجموعه دیگری از اطلاعات  می باشد که در واقع ساختار بندی اطلاعات در سیستم خبره را شکل می دهد زیرای کیی از مواردی که در سیستم خبره در مودر پایگاه اطلاعات اهمیت دارد  در این است که اطلاعات لازم چگونه در قسمت Data Base   ساختار بندی شده اند شکل (2) نحوه ساختار بندی اطلاعات را نشان  می دهد .

قسمت دیگر پایگاه اطلاعات از قوانین ذخیره تشکیل شده است در این قسمت از قوانین استفاده می شود که بر  اساس آن می توان ضرایب خبره را برای هر رله تعیین نمود در واقع موتور استنتاج با استفاده از قوانین و اطلاعاتی که در Data Base   موجود است اقدام به تعیین ضرایب خبره می نماید .

عواملی در تعین مقادیر ضرایب خبره دارای اهمیت می باشند که عبارتند از :

• نوع رله
• مکان قرار گرفتن رله در شبکه
• تعداد رله های پشتیبانی کننده از رله اصلی
• تعداد تکرار یک رله در قیود بعنوان پشتیبان از رله های دیگر
• مقدار جریان خطای عبوری از رله
• مقدار تنظیم جریانی رله

-3 قوانین خبره مرتبط با نوع رله

یکی از عواملی که در تعیین نوع رله در شبکه دارای اهمیت است در رابطه با زمان عملکرد رله می باشد بطوریکه از رله های خیلی معکوس برای حفاظت سریع و از رله با تاخیر زیاد برای حفاظت کند استفاده  می گردد این قوانین عبارتند از :

3-3 قوانین خبره مرتبط با مکان قرار گرفتن رله در شبکه

یکی دیگر از عواملی که در تعیین مقدار ضریب خیره دارای اهمیت می باشد مکان قرار گرفتن رله در شبکه است راه هایی که به منبع تولید انرژی نزدیک هستند لازم است که دارای زمان عملکرد کوچکی  باشند معیار پیشنهادی استفاده از جریان خطای عبوری از رله است هر چقدر رله از منبع دورتر باشد مقدار جریان خطای عبوری از رله کمتر استفاده از جریان خطای عبوری از رله است هر چقدر رله از منبع دورتر باشد مقدار جریان خطای عبوری از رله کمتر  می باشد و هر چقدر نزدیک تر باشد مقدار این جریان بیشتر است .

4-3 قوانین خیره مرتبط با  تعداد رله های پشتیبانی کننده از یک رله

هر چقدر تعداد رله هایی که از یک رله پشتیبانی می کنند بیشتر باشد بی انگر این است که تعداد رله های وابسته به آن رله چه میزان است حال هر چقدر مقدار تنظیم زمانی رله مربوطه سریعتر در الگوریتم بهینه سازی پیدا گردد در اینصورت زمان رسیدن به پاسخ و سریعتر هماهنگ شدن سیستم کمتر می گردد زیرا امکان یافتن پاسخ برای رله های وابسته بیشتر می گردد در این ارتباط قانون مربوطه بصورت

5-3 قوانین خیره مرتبط با مدقار تنظیم جریانی رله

هر چقدر مقدار نسبت  جریان تنظیم رله زیادتر باشد ناحیه عملکرد رله به انتهای منحنی جریان زمان نزدیک تر است در این ناحیه که در شکل (3) نشان داده شده است منحنی های زمان جریان رله به یکدیگر نزدیک می شوند هر چقدر این منحنی ها به یکدیگر نزدکیتر باشند در نتیجه مقدار تغییرات در رابطه (5) می بایست کوچکتر  گردد .

در روش پیشنهادی با استفاده از روش forward chaning  که در شکل (4) نشان داده شده است اقدام به تعیین ضرایب خیره  می نماید.

موتور استنتاج با استفاده از قوانین مربوطه و اطلاعات موجود در Data Base   اقدام به شناسایی رله مربوطه می کنند و ضرایبی را به آن رله اختصاص می دهد تمامی این ضرایب بین 0 تا 1 می باشند

4- نتایج

در این قسمت به نتایج حاصل از اجرای روش پیشنهادی روی یک شبکه کعلمی که شبکه 230 کیلو ولت تهران می باشد می پردازیم اطلاعات این شبکه در مرجع (8) آورده شده است با توجه به روش پیشنهادی ابتدا برای هر یک از رله های شبکه تهران ضرایب را تعیین می کنیم  این ضرایب بر اساس قوانین ارائه شده در قسمت 3 در جدول (1) آورده شده است .

با اعمال این ضرایب در روش بهینه سازی و استفاده از رابطه (5) در تغییر مقدار متغیرهای بهنیه سازی در هر تکرار مقدار زمان لازم برای تعیین جوابهای بهینه کاهش می یابد که در شکلهای (5) و (6) نشان داده شده است مقایسه دو شکل (5) و ( 6) نشان می هد که ازثانیه سیستم به بعد مدت زمان زیادی از برنامه برای همگرا شدن تعداد محدودی از قیود صرف می گردد در صورتی که با اعمال ضرایب خیره این مقدار زمان صرفه جویی شده و در زمان کمتری می توان به پاسخ دست یافت مدت زمان اجرای برنامه بهینه سازی از 588/36  ثانیه به 733/20 ثانیه کاهش یافته است که این  مقدار تغییرات بیانگر 43%  کاهش در زمان اجرای برنامه می باشد

در این فصل بر اساس روشی پیشنهادی و با استفاده از قوانین خبره ارائه شده ضرایبی برای رله های جریان زیاد بدست آمد با بکار گیری این ضرایب عمل هماهنگی بهینه رله های جریان زیاد با سهولت و سرعت بیشتری صورت می گیرد و نتایج بدست آمده بر روی شبکه عملی 230 کیلو ولت تهران نشان داد که نزدیک به 43 درصد در زمان هماهنگی بهبود بخشیده میشود علت استفاده از شبکه 230 کیلو ولت تهران بار نشان دادن قابلیت روش پیشنهادی در شبکه های بزرگ یا حلقه های متعدد می باشد .

بررسی نقش رله اتصال مجدد در شبکه های توزیع

مقدمه :

نقش بسزایی شبکه های گسترده و پراکنده توزیع در تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز بخشهای مختلف مصرف به این شبکه ها اهمیت ویژه ای بخشیده است معهذا به علت گستردگی و پراکندگی شبکه های توزیع و عبور آن از حاشیه شهرها و روستاها و نیز مزارع و نقاط پر درخت و کوهستانی جلوگیری از بروز عیوب گذرا در این شبکه ها که وجب خاموشیها ناخواسته می شود را مشکل ساخته است .

در این فصل نقش رله اتصال مجدد در فیدرهای خروجی پستهای فوق توزیع جهت کاهش زمان خاموشی ناشی از عیوب گذرا در سیستم توزیع مورد بررسی قرار گرفته است .

خطور خروجی از پستهای فوق توزیع با ولتاژ فشار متوسط 32 کیلو ولت از مسیرهای مختلف عبور کرده و ترانسهای توزیع منصوبه را تغذیه می نمایند حفاظت  این خطوط به عهده ره های حفاظتی بوده که این رله ها به محض وقوع هر گونه عیبی (اعم از گذرا یا پایدار ) فرمان قطع کلید را صادر می نمایند در اینجا با یک تحلیل آماری سهم عیوب گذرا در قطع کلیدهای خطوط فشار متوسط را مورد بررسی قرار می دهیم در این بررسی ابتدا آمار قطعی اتوماتیکبریکرها در ايستگاههاي مختلف كه تغذيه كننده مناطق برون شهري و روستايي تو مراكز پراكنده كشاورزي و صنعتي مي باشند را مورد توجه قرار مي دهيم بدين منظور در جدل (1) آمار قطعي به كليد در پستهاي فتح ديمچه و صفي آباد درج گرديده است .

شرح	كليد 5032 فتح (A3)	كليد 5022  صفي آباد (C2)	كليد 5042 ديمچه (E3)
تعداد كل قطع اتوماتيك كليد	29	27	16
تعداد قطع اتوماتيك ناشي از عيوب گذرا	21	20	13
درصد قطعي هاي گذرا نسبت به كل قطعي ها	72%	74%	81%

همانگونه كه مشاهده مي شود درصد بالايي از قطعي هاي اتوماتيك را عيوب گذرا تشكيل مي دهند .

1- عوامل موثر در ايجاد عيوب گذار :

شبكه هاي توزيع به علت گستردگي و پراكندگي و همچنين ارتفاع كمتر و سطح ايزولاسيون پائين تر نسبت به خطوط انتقال در معرض عوامل طبيعي و غير طبيعي بسياري بوده و بالطبع خاموشيهاي گذرا در آن زياد مي باشد برخي از عوامل موثر كه باعث ايجاد عيوب گذرا در سيستم  مي شود را بر مي شماريم .

الف – وزش باد و طوفان كه باعث نزديكي  و تماس هاديها مي شود.

ب- اصابت صاعقه به خط  ايجاد جرقه روي مقره ها و سطوح عايقي

ج – كوچ پرندگان مهاجر كه با عبور اين پرندگان  از بين هاديها و يا نشستن

د- اضافه ولتاژهاي ناشي از كليد زني در شبكه

ه- وجود درختان در حريم خطوط كه به علت باد و بارن شاخه درختان با هاديها تماس پيدا كرده و باعث اتصالي مي شود . با توجه به عومل فوق الذكر و درصد بالاي گذرا وصل كليد بلافاصله پس از برطرف شدن عيب ضروري مي باشد اين ضرورت در مورد ايستگاههاي دور دست از اهميت بيشتري برخوردار مي باشد .

2- بررسي فني عملكرد رله اتصال مجدد :

براي وصل كليد بلافاصله پس از رفع عيب گذرا مي بايست از رله اتصال مجدد استفاده كرد كه اين رله به هنگام عبور جريان اتصال كوتاه فرمان قطع به كليد صادر كرده و پس از زمان كوتاهي دوباره وصل مي نمايد چنانچه عيب ماندگار باشد پس از چند بار عمل قطع و وصل از پيش از تنظيم شده ( معمولاً 3 يا 4 بار) كليد به حالت قطع باقي مي ماند ليكن چنانچه عيب گذرا باشد در هر يك از اتصال مجدد روي كليد روغني نصب شده و در مدار موجود مي باشد در عيوب پيش آمده ماندگار سه بار كليد روغني  پس از قطع اوليه تحت ولتاژ اتصال كوتاه وصل و قطع خواهد شد و چنانچه عيب گذرا اما با زمان زياد باشد ممكن است دو الي  چهاربار وصل و قطع شود .

به هر حال كدام از اين قطع و صلها باعث سياه و فاسد شدن روغن كليد و همچنين خوردگي كنتاكتهاي داخلي آن شده و عملا دوره هاي زماني آزمايش و تصفيه روغن و زمان تعميرات اساسي (OVERHAL ) كليد روغني را كوتاهتر مي كند از طرف ديگر قطع و وصل متوالي برق با فواصل كوتاه باعث ضرر و زيان مشتركين و آسيب رسيدن به دستگاهها و تجهيزات شده و در مواقع پيك بار سيستم را دچار اشكال خواهد نمود از اين رو توصيه مي شود رله اتصال مجدد را براي وصل يك بار با حداكثر زمان تنظيم نمود تا در واقع ضمن  وصل كليد و برقدار كردن خط پس از برطرف شدن عيب گذرا اشكلات فوق در بر نداشته باشد .

اين حالت شبيه اين است كه اپراتور پس از رسيدن به ايستگاه يكبار اقدام به وصل كليد كرده باشد منتهي ديگر مدت زمان تلف شده براي رسيدن اپراتور به پست صرفه جويي شده است ضمنا ضمن تهيه يك دستورالعمل براي مسئولين عمليات بايد اپراتورها را با نحوه عملكرد اينگونه رله آشنا نمود لذا چنانچه كليدي بر اثر عملكرد رله بصورت اتوماتيك قطع شده باشد (قطع مانده باشد ) حاكي از وجود عيب ماندگار در شبكه بوده ونياز به بازديد و بازرسي خط  و عيب يابي سيستم مي باشد .

3- دوره زماني استفاده از رله اتصال مجدد :

با بررسي ميزان بار مصرفي در پستهاي ناحيه شمال خوزستان در فصول   مختلف سال مشخص مي شود كه بار فيدرهاي مختلف در فصول بهار و تابستان حداكثر بوه و اغلب تجهيزات سيستم تحت شرايط زياد و درجه حرارت بالا بكار ادامه مي دهند طبيعي است در  چنين حالتي اصولا كليد زني در ساعات پيك بار اغلب از ساعت 12 الي 18 بعد از ظهر  غير ممكن بوده و تنها تبا هماهنگي مركز ديسپاچينك خوزستان امكان پذير مي باشد .

از طرفي در فصول پاييز و زمستان بار خطوط كمتر بوده و نيز عوامل بوجود آورنده عيوب گذرا از قبيل باد و طوفان، رعد و برق، پرندگان مهاجر و … بيشتر مي باشند بنابراين توصيه مي شود رله اتصال مجدد فقط در فصلهاي پاييز و زمستان  در مدار قرار داده شود .

4- انتخاب كليدها جهت استفاده از رله  :

جهت انتخاب بهينه كليد (فيدر ) مورد نظر پنج ايستگاه مختلف در شمال خوزستان را در نظر گرفته شده كه نمودار قطعي اتوماتيك (عيوب گذرا) كليدهاي اين ايستگاهها در فصول پاييز و زمستان در شكلهاي (1) و (2) نشان داده شده است .

الف – ايستگاه فتح : اين ايستگاه داراي سه فيدر خروجي 23 كيلو ونت مي باشد (A3) كليد مربوط به فيدري است كه بخش كوهستاني سر دشت را تغذيه  گردد و در طول مسير از مناطق روستايي و كشاورزي و شركها عبور مي نمايد اين كليد نيست به دو كليد ديگر كه مناطق شهري را تغذيه مي كنند عملكرد اتوماتيك بيشتري داشته است .

ب- ايستگاه دزفول اين ايستگاه تغذيه كننده مناطق شهري دزفول بوده و همانطور كه از نمودار پيداست كليدهاي آن تعداد قطعي پاييني دارند .

ج – ايستگاه صفي آباد : اين ايستگاه دو كليد دارد كه كليد (C2) آن تغذيه كننده شهركها مي باشد و از مناطق پر درخت و باغات و مزارع عبور مي كند  و داراي تعداد قطعي گذراي بالايي بوده و خود ايستگاه نيز از شهر فاصله نسبتا زيادي دارد .

د- ایستگاه اندیمشک – این ایستگاه دارای چهار فیدر می باشد که بجز فیدر (d2) بقیه کلا مناطق شهری را تغذیه می کنند.

ه – ایستگاه دیمچه – این ایستگاه دارای سه بریگر است ، که (E1) و (E3) مناطق برون شهری و روستایی و کوهستانی را تغذیه می کنند و دارای آمار قطعی بالاتری نسبت به کلید سوم می باشند .

حال با توجه به نمودارها و توضیحات داده شده به این نتیجه می رسیم که اصولا  فیدرهای طولانی و پراکنده که از مناطق روستایی، کوهستانی و پرداخت عبور می نمایند لازم است که با نصب رله اتصال مجدد در مقابل عیوب گذرا محافظت شوند ( از قبیل (A3) ، (C2) و (E3) .

5-بررسی اقتصادی استفاده از رله اتصال مجدد :

جهت بررسی اقتصادی رله اتصال مجدد برای به کلید مذکور در ایستگاههای فتح ، علی آباد و دیمچه، آمار قطع گذرای کلیدها (در فصل پاییز سال 1370) زمان هر قطع تعداد دفعات قطع و میزان کاهش فروش انرژی به علت خاموشی  در جدول (2) ارزیابی می شود در مجموع انرژیفروش نرفته ناشی از قطعی کلیدهای روغنی برابر است با

الف – ایستگاه فتح (A3)        33712 کیلووات ساعت

ب- ایستگاه صفی آباد (C2)     92970  کیلو وات ساعت

ج – ایستگاه دیمچه (E3)            50075 کیلو وات ساعت

در واقع  ملاحظه  می شود که هر چند پست فوق توزیع از اداره عملیات فاصله بیشتری داشته باشد به علت بعد مسافت و دیر رسیدن اپراتور به محل زمان خاموشیها بیشتر بوده و بالطبع انرژی فروش نرفته نیز بیشتر خواهد بود لذا در صورت استفاده از رله های اتصال مجدد مشکل کاهش درآمد حاصل از فروش انرژی ناشی از قطعی ناخواسته نیز برطرف خواهد شد .

نتیجه :

با توجه به بررسیهای انجام شده از نظر فنی ، عملیاتی و اقتصادی  در صورتی که کلیه های روی خطوط تغذیه کننده  پستهای توزیع در مناطق برون شهری و روستایی نصب شده و فاصله آن پست تا مرکز عملیات (محل استقرار اپراتورها ) زیاد باشد می توان با نصب رله اتصا مجدد (ریکلوزر) روی  آن کید به میزان زیادی در قطبهای اتوماتیک کاسته و سرویس برق مشترکین را بر قرار نمود . همچننی در مواقع بحرانی که شرایط جوی نامساعد بوده و وضعیت شبکه غیر عادی می باشد وقت پرسنل عملیات صرف رسیدگی به چنین مواردی نخواهد شد و فرصت بیشتری برای گروه عملیات جهت  عدی سازی شبکه ایجاد خواهد شد .

فصل ششم :

بررسی قطع شدگی فاز در موتورهای و نحوه حفاظت آنها

مقدمه :

در صورت قطعی فاز در مدار تغذیه موتورهای سه فاز یا در اتصالات سیم پیچی استاتور موجب نامتعادلی جریان خط و ایجاد مولفه  منفی جیان در سیم پیچی موتور می گردد که بدترین نوع این حالت از نظر نامتعادلی نامتعادل شدن ولتاژ تغذیه موتور می باشد که منجر به ایجاد مولفه منفی جریان و در نتیجه بالا رفتن جریان در سیم پیچی موتور و تولیدات حرارت در سطح روتور می گردد که در صورت ازدیاد این جریان از میزان مجاز آن منجر به صدمه دیدن روتور می گردد لذا در موتورهای با قدرت زیاد که از نظر اقتصادی نیز حائز اهمیت می باشد می بایست حتی المقدرو در هنگام وقوع قطعی فاز در موتور آنرا از مدار خارج  تا  از صدمات احتمالی بعدی که ناشی از افزایش حرارت در اثر عبور جریان نامتعادل می باشد جلوگیری  نمود لذا  این فصل در ابتدا سعی نموده است قطعی  فاز در موتورها را هم از نظر قطعی فاز در  منبع تغذیه و هم در سیم پیچی (فاز) موتورها مورد بررسی قرار دهد و سپس با ارائه نحوه حفاظتهای مختلف مناسبترین رله جهت تشخیص (Phase fauure  ) قطعی فاز را با توجه به شرایط فنی واقتصادی معرفی نماید .

هنگامیکه قطعی فازی در موتورهای اندوکسیونی یاسنکرون در منعب تغذیه با سیم پیچی موتور اتفاق می یافتد یک جریان شامل مولفه منفی در ماشین جاری خواهد شد که این جریان مولفه منفی در داخل ماشین میدانی ایجاد خواهد نمود که در جهت عکس چرخش ماشین عمل نموه و یک جریان زیاد فوکو در سطح روتور بوجود می آورد این جریان مولفه منفی موجب دوبرابر شدن فرکاس جریان روتور می گردد و در اثر جاری شدن جریان در سطح روتور و لبه های غیر مغناطیسی آن بعلت افت RI² به سرعت باعث افزایش حرارت در ماشین می شود و اگر درجه حرارت از میزان حد مجاز ماشین فراتر رود و یا بیش از حد مجاز جریان مولفه منفی جاری شود هسته آهن روترو ذوب خواهد شد و به ساختمان آن خسارت وارد می شود ساده ترین قطعی فاز در موتور ها قطع یکی از فیوزهای موتور در اثر جریان ضربه ای ناشی از راه اندازی ممکن است باشد که موجب نامتعادلی ولتاژ خواهد شد و در این نامتعادلی ولتاژ هیچگونه ارتباطی بین مولفه مثبت جریان و مولفه منفی جریان نمی توان بین نمود و در اصل بستگی به میزان نامتعادل بودن ولتاژ همچنین نسبت مولفه های منفی به مولفه های مثبت ولتاژ در  ماشین دارد این نسبت می تواند از مدار معادل موتورهای اندوکسیونی بدست آید که در شکل زیر مدار متعادل مولفه مثبت و منفی در یک موتور اندوکسیونی سه فاز را هنگامیکه موتور دو فاز شده است را نشان می دهد .

لازم به یادآویست که میزان مولفه  منفی جریان بستگی به میزان نامتعادلی ولتاژ با نسبت مولفه منفی امپدانس به مولفه مثبت امپدانس دارد که جهت میزان مولفه مثبت امپدانس ماشینها در لغزشهای مختلف و درحالت ایستاده و همچنین مولفه منفی امپدانس در لغزشهای مختلف و حتی درحالت سرعت نامی هنگامیکه لغزش کم باشد می توان از فرمولهای ذیل تعیین نمود :

مولفه مثبت امپدانس در لغزشهای مختلف :

مولفه مثبت امپدانس در حالت

توقف (S= 1)

مولفه  منفی امپدانس در لغزشهای مختلف :

مولفه  منفی امپدانس در سرعت نامی هنگامیکه لغزش کوچک می باشد .

از آنجائیکه در موتورهای اندوکسیونی میزان مقاومت تقریبا در مقابل راکتاس کوچک می باشد . منفی امپدانس در سرعت نامی تقریبا برابر مولفه مثبت امپدانس در حالت ایستاده می باشد Z ₂₀ = Z₁₀  و نسبت مولفه مثبت به مولفه منفی امپدانس ماشین در حالت سرعت  نامی می تواند تقریبا برابر جریان راه اندازی به جریان نامی باشد :

به عنوان مثال در ماشینهایی که جریان راه اندازی آنها تقریبا 6 برابر جریان نامی روتور می باشد در 5% مولفه منفی ولتاژ تغذیه تقریبا به اندازه (6) به میزان 30% مولفه منفی جریان خواهیم داشت بنابراین جریان منفی در روتور ایجاد می کند که فرکانس موثر آن تقریبا دو برابر فرکانس نامی خواهد شد (100H Z )

از آنجاییکه نسبت مقاومت AC روتور در فرکانس    به مولفه dc آن تحت گردش نامی معمولا بین 3 تا 6 برابر خواهد بود بنابراین مولفه منفی جریان بیشتری از مولفه مثبت ایجاد می نماید این نابرابری حرارت در طراحی رله ها می بایست به حساب آید که در آن جهت حفاظت مطمئنی را در مقابل نامتعادی داشته باشیم که از فرمول زیر بدست می آید:

I₁  : مولفه مثبت جریان تغذیه

I₂ : مولفه منفی جریان تغذیه

Ieq : جریان عملکرد

ضریب 6 در فرمول فوق برای جریان I₂ به علت انتخاب ستینک مناسب برای رله می باشد که  برای تماس موتور های می توان در نظر گرفت .

قطعی فاز در موتورهای اندوکسیونی :

مولفه منفی امپدان در موتورهای اندوکسیونی متاثر از میزان مولفه مثبت جریان در هنگام قطیع فاز می باشند بنابراین در هنگام وقوع خطا مولفه مثبت جریان کاهش یافته و در نتیجه موجب پایین آمدن گشتاور قدرت خروجی خواهد شد و همچنین لغزش افزایش ناچیزی می باید در نتیجه ضریب  کاهش و مولفه مثبت جریان افزایش می یابد و این تا جایی ادامه دارد که موتور بتوان گشتاور مورد نیاز بار را تامین نماید در چنین حالتی ممکن است لغزش 50% تغییر نموده و در حالیکه سرعت 0.5 %  تغییر یافته باشد برای تمام لغزشهای محدود بین 0 تا 1 مولفه منفی امپدانس بر اساس فاکتور  تغییرات ناچیزی می یابد یک روش قابل تخمین منظور نمودن قطعی فاز در هنگام وقوع خطا و قبل از وقوع خطا می باشد که در آنصورت ماکزیمم خطا ی جریان حدودا 10% بار کامل می باشد جهت بررسی دقیقتر لازمست قطعی فاز در تغذیه ورودی موتوری با اتصال مثلث را مورد بررسی قرار دهیم هنگام وقوع قطعی فاز در فاز c منبع تغذیه درصد افزایش جریان سیم پیچی سالم A افزایش و میزان آن بیشتر از افزایش جریان در خط می باشد و در نتیجه رله ازدیاد جریان O/C  مطابق دیاگرام ذیل قادر به تشیص تکفازه شدن موتور نمی باشد لذا حفاظت مطمئنی را ارائه نخواهد داد وضعیت جریان خط و فاز برای اتصال موتورهای بصورت مثلث و هنگامیکه قطعی فاز در منبع تغذیه یا در سیم پیجی  فاز رخ دهد بصورت ذیل می باشد .

چنانچه ملاحظه می شود جریان در فازها نامتعادل شده و یا نامتعادل شدن جریان در خطوط سه فاز زاویه فازها بعلت این قطعی به اندازه 60 درجه جابجا می شوند و موجب افزایش جریان  فازهای سالم به میزان 50% می گردد در این حالت رله جریان زاید تکفازه می تواند جریان در دو خط سیم پیچی استاتور را حفاظت نماید و همچنین رله جریان زیاد در خط سوم حفاظت کمکی را بعهده داشته باشد .

لازم به یادآوریست مولفه منفی جریان نمی تواند سهمی در گشتاور داشته باشد و در حقیقت یک گشتاور منفی را بوجود خوهد آورد میزان این گشتاور مولفه منفی جریان حدوداد کمتر از 0.5 گشتاور با ر می باشد هنگامیکه یک ولتاژ نامعادلی در حدود 10% وجود داشته باشد ) اثرات مولفه منفی بیشتر در افزایش تلفات موتور نقش دارد (تلفات مس ) بنابراین منجر به کاهش قدرت خروجی موتور می گردد که از ایجاد این حرارت در سیم پیچی بعلت مسائل اشاره شده در فوق دقیقا می بایست خود داری نمود .

بررسی حالت تکفازه شدن موتورها در وضعیت های مختلف

هنگامیکه موتورهای سه فاز تکفازه یم شوند مسائل الکتریکی و مکانیکی مختلفی بروز خواهند نمود که در سه حالت بارکامل بدون بار حالت و راه اندازی به شرح ذیل می باشد :

• حالت بار کامل :
• جریان در یکی از فازها مشخصا به صفر می رسد
• سرعت افزایش ناچیزی می یابد .
• ضریب قدرت کاهش می یابد
• مولفه مثبت امپدانس کاهش قابل ملاحظه ای می یابد
• مولفه منفی امپدانس در سرعت نامی ثابت می ماند
• جریانی با فرکانس دوبل (100 HZ ) در روتور ظاهر می گردد
• مقاومت مولفه منفی افزایش و اثرات پوستی ظاهر می گردد .
• جریان فازها بیشتر از جریان فازها در حالیکه موتور تکفازه شده است خواهد شد
• مولفه منفی ولتاژ در موتور ایجاد می گرد د
• جریان مولفه منفی از صفر تا جریان نامی یا حتی بیشتر افزایش می یابد
• گشتاور FULL OUT ایجاد شده وکمتر از گشتاور FULL OUT   هنگام بار کامل می باشد .
• تلفات روتور در حدود 5 الی 6 برابر حالت نرمال خود می گردد
• تلفاس مس استاتور بیش از 3 برابر از موتور و فازه ای می باشد که بصورت ستاره بسته شده است.

2- حالت بار ناچیز

– قطعی فاز در موتورهایسه فاز با بار ناچیز تقریبا مطابق با حالت بار کامل اشاره شده در فوق می باشد .

3- در حالت استارت

– جریان راه اندازی 86% جریان راه اندازی حالت نرمال در فازهای سالم خواهد بود .

– مولفه منفی امپدانس برابر مولفه مثبت امپدانس موتور می باشد .

-گشتاور مولفه مثبت براب گشتاور مولفه منفی می باشد .

– مجموع تلفات مس 50 تا 70% تلفات هنگام راه اندازی می باشد .

– مولفه منفی جریان 50% جریان راه اندازی در حالت نرمال خواهد بود .

– مولفه منفی ولتاژ برابر مولفه مثبت ولتاژ می گردد .

مقایسه قطع شدن فاز در موتورهای بار تورسیم پیچی شده و قفسه ای

جهت حفاظت موتورها با روتورسیم پیچی شده در برابر قطعی فاز می بایست توجه بیشتری به آنها نسبت به موتورهای روتورقفه ای مبذول داشت زیرا که نسبت  جریان راه اندازی به جریان بار کامل ارتباطی با مولفه صنفی امپدانس نداشته و میزان مولفه مثبت جریان تخمین زده شده در هنگام وقوع قطع شدگی فاز معمولا ثابت می باشد و تنها عاملی که در این مقایسه حائز اهمیت می باشد این است که تمرکز حرارت در موتورهای باروتور سیم پیچی شده در مقایسه با روتور قفه ای به میزانی می باشد که موجب وقوع شکست عایقی در روتور و صدمه دیدن آن خواهد شد و این زمان در موتورهای اندوکسیونی نصف زمان موتور مشابه خود باروتور قفسه ای می باشد لذا این زمان در اینگونه موتورها از اهمیت خاصی در هنگام حفاظت برخوردار می باشد.

روشهای مختلف حفاظت :

جهت حفاظت موتورهای اندوکسیونی و سنکرون در مقابل قطعی فاز شرح ذیل می باشد:

• رله تعادل فاز ها Phase blanc relay

رله تعادل فازها جهت تشخیص قطعی فاز در یک موتور یا گروهی از موتورها بکار می رود و این رله هنگامی عمل می نماید که نامتعادلی جریان خط بیشتر از جریانی که موتور تحت گردش نامی یا نامتعادلی در ولتاژ تغذیه خود می تواند کار نماید بدون آنکه آسیبی به آن برسد معایب این رله به شرح ذیل می باشد :

• این رله بر اسا س اختلاف جریان در خط عمل نموده ومیزان اختلاف جریان در فازهای موتور را نمی بیند .
• رله فوق بدون توجه به در نظر گرفتن جریان مولفه منفی که عامل اصلی حرارت در سطح روتور موتوری که تحت این نامتعادلی کار می کند عمل نمود .
• بازاء کوچکترین نامتعادلی در جریان خط یا بعلت قطع شدگی فاز عمل می نماید .
• رله مولفه منفی جریان زیاد لحظه ای instantaonus neqative sequencc over current این رله با فیلتر نمودن مولفه های منفی جریان و در صورت افزایش این مولفه  از مقدار تنظیم شده عمل می نماید این رله محدودیت در مقابل حفاظت موتورها در برابر قطع شدگی فاز دار دو بیشتر برای حفاظت ژنراتورها در مقابل اتصالهایی که منجر به متعادل شدن جریان و یا بههر علتی که منجر به جاری شدن مولفه منفی جریان که بیشتر از جریان نمی باشد بکار برده می شود .
• رله جریان زیاد ovcr current relay with the delay

این رله برای حفاظت موتورهای در مقابل ازدیاد جریان ناشی از بار زیاد و یا در صورت وقوع اتصالهای مختلف در موتورها بکار برده ی می شود و بر طبق استاندارد NEC می بایست  این رله اضافه بار را برای هر فاز موتور یا حداقل برای دو فاز از موتور بکار برده شود زیرا در صورت قطع شدن یکی از فازهای منبع تغذیه موتوری که متصل به ترانس قدرت یا اتصال مثلث – ستاره پدید آید جریان سه فاز موتور بصورت 1: 1: 2 خواهد بود که در یکی از فازها ممکن است جریان دو برابر شود و در آنصورت موتور بدون حفاظت خواهد ماند لذا بکار بردن حداقل دو رله اضافه بار برای موتورهای پرقدرت ضروری می باشد .

همانطور که در صفحات قبل مطرح گردید در صورتیکه یکی از فازهای منبع تغذیه موتوری یا اتصال مثلث قطع گردد و درصد افزایش جریان در سیم پیچی مربوط به دو سیم پیچ سالم بیشتر از افزایش جریان در خط می باشد و در نتیجه رله جریان زیاد o/c برای تکفازه شدن نمی تواند حفاظت کاملا مطمئنی را برای موتورهای پرقدرت انجام دهد .

• رله حرارتی thermal relay

موتورهای سه فاز در اثر بار زیاد از حد موتور و یا ناشی از نامتعادلی ولتاژ جریان زیادی از شبکه کشیده می شود که جهت حفاظت آن می توان از سه نوع رله حرارتی که بشرح ذیل می باشد استفاده نمودار اولین نوع آن پل و ستون که از مقاومتهای حرارتی RTD  که در شیارهای استاتور تعبیه می کردند می باشد و هنگامیکه میزان حرارت تشخیص داده شده توسط RTD  بالا رو مقاومت آن افزایش و موجب نامتعادلی در پل میگردد و گشتاور ایجاد شده نیز موجب عملکرد رله خواهد بود همانطور که در شکل ذیل مشاهده می شود این پل از طریق ترانسفورماتور AC  تغذیه می شود .

نوع دیگر رله حرارتی از نوع CP  می باشد که بر خلاف نوع اول از دومقاومت RTD  تشکیل شده است و جریان عبوریاز یک فاز ماشین انرژی لازم پل را تامین می نماید رله مزبور هنگامیکه درجه حرارت سیم پیچ استاتور به اندازه ای بالا بود که جریان ناشی از مقاومتهای حرارتی بیشتر از میزان جریان عبور نموده از طریق ترانس جریان باشد رله مربوط عمل نموده و کنتاکتهای آن بسته خواهد شد .

رله ولتاژ فازهای معکوس Reverse phase vol taqe relay

این رله یک موتور یاگروهی از موتورهای را در مقابل دو فازه شدن حفاظت می نماید حتی می تواند قطعی فاز در موتورها را هنگامیکه موتور تحت باز ناچیز کار می نماید نیز حفاظت نماید رله فوق همانند رله و اتمتری می باشد که تغذیه آن از دو ولتاژ به فاز می باشد و هنگامیکه قطع شدگی فازی رخ نداده با شد کنتاکت بسته رله اجازه استارت به موتور را خواهد ودر صورت وقوع قطعی فاز یا معکوس شدن فاز منجر به قطع موتور از شبکه و یا مانع استارت  آن خواهد شد یک نوع از این رله مطابق شکل زیر می باشد .

رله قطعی فاز phase failure relay

این رله شبیه رله توان جهت دارد می باشد با این تفاوت که دارای دو کویل جریان روی هر فاز می باشد در حالیکه رله و اتمتری دارای یک کویل جریان و یک کویل ولتاژ  می باشد مشخصه عملکرداین رله بنحوی است که در ورت افزایش ناچیز مولفه مثبت جریان از مولفه منفی جریان از عملکرد رله جلوگیری می شود و جهت ممانعت از عمکلدر نابجای رله نیز از فنری با مقاومت کم نیز استفاده شده است زیرا اختلاف جزئی مولفه منفی جریان بدون داشتن  مولفه مثبت منجر به عملکرد رله و بسته شدن کنتاکت فرمان رله خواهد شد و یا به عبارت دیگر این رله مولفه مثبت جریان و مولفه منفی جریان را با یکدیگر مقایسه می نماید و زمان عملکرد این رله به در صورت وجود هر نوع خطایی که منجر به بزرگتر شدن مولفه منفی  جرین از مولفه مثبت جریان باشد حدواد بک سیکل می باشد

نتیجه :

از بررسی رله هایی که جهت قطعی شدگی فاز به حل آمد می توان با توجه به موقعیت و محل نصب رله جهت حفاظت موتورها موارد ذیل را در ارتباط با چگونگی حفاظت قطع شدگی  فاز  را در نظر گرفت .

1- رله تعادل فازها phase balance relay  و رله قطع شدگی فازی phase balance relay و رله مولفه منفی جریان زیاد و رله neqative phse sequence  هر سه نوع رله را می توان جهت حفاظت در مقابل قطع شدگی فاز استفاده نمود .

2- سه رله اشاره شده در فوق قادرند موتورهای اندوکسیونی را حتی در مقابل بارهای ناچیز نیز حفاظت نمایند .

3- در جاییکه منبع تغذیه ورودی با ترانسفورماتور جهت بارهای موتوری و غیر موتوری استفاده شده باشد بهترین رله جهت تشخیص قطع شدگی فاز در منبع تغذیه رلهphase failure  می باشد .

4- در جاهاییکه نامتعادلی جریان فقط جنبه اعلان خبر را داشته باشد و  می تون از رله مولفه منفی جریان استفاده نمود .

5- از سه رله معرفی شده در بند (1)  رله phase blance  را بندتر با تایمر مورد استفاده قرار می گیرد .

6- هنگامیکه تغذیه بارهای موتوری و غیر موتوری توسط ترانسفورماتور قدرت باشد و محل نصب رله جهت قطع شدگی فاز نیز در طرف ثانویه ترانس نصب شده باشد در آنصورت رله حراراتی نیز بیشترین حساسیت را برای موتورها رد مقابل تکفازه شدن نسبت به رله تعادل فازها از خود نشان خواهد داد بشرط آنکه میزان جریان بار موتور مربوطه کمتر  از 10% بار کامل باشد .

7- چنانچه ولتاژ معکوس شدن فاز ها در طرف اولیه ترانسفور ماتور قدرت تغذیه کننده بارهای موتوری و غیر موتوری نصب شده باشد در صورتی حفاظت مناسبی را اعمال خواهد نمود که نسبت بارهای موتوری به بار کامل کمتر از 30% باشد .

8-رله phase blance   برای سیستم اشاره شده در بند 7 هنگامی مناسب خواهد بود که نسبت بار موتوری به بار کامل بیشتر از 30% باشد

9- جهت حفاظت مطمئن تر سیستم اشاره شده در بند 7 بهتر است از دورله phase blance   و رله reverse phase voltage  استفاده شود تا حفاظت مطمئنی را حتی هنگام تغییرات زیاد  بار انجام دهد .

ارزیابی حفاظت خازنهای قدرت و بررسی علل انفجار بانکهای خازنی

مقدمه :

با توجه به معضل صدمه دیدن و انفجار بانکهای خازنی در شبکههای توزیع برق کشور و بروز خسارتهای ناشی از آن در این مقاله ابتدا تحول در ساختار خازنها در خلال چند دهه گذشته مورد مطالعه قرار گرفته سپس طریقه و عوامل موثر در از کار انداختن سیستمهای عایقی مختلف بررسی شده و نهایتا روشهای مناسب جهت حفاظت خازنهای قدرت ارزیابی می  گردد .

شرح فصل :

پیشرفت روز افزون در طراحی و ساخت فازهای قدرت کارآیی و اعتماد به خازنها را بطور محسوسی افزایش داده است از جمله این پیشرفتها کاربرد لیزر جهت برش ورق آلومینیوم در سیستم عایق خازن ارتقاء قابل توجه سطح ولتاژ آغاز کننده کرونا و استفاده از تکنیکهای جدید اتصال عناصر درون خازنها است که به خازن اجازه می دهد جریان اتصال کوتاه معادل 10 کیلو آمپر یا 30 کیلو ژول تخلیه موازی را تحمل کند .

تکنیک کاربرد خازنهای قدرت مدرن این فرصت را به مصرف کننده انرژی الکتریکی می دهد  تا سیستم وقدرت خود را جهت دستیابی به حداکثر کارآیی اصلاح کند نصب موازی بانکهای خازنی با ولتاژ بالا تلفات انتقال انرژی را کاهش داده و ولتاژ بحرانی زمان پیک بار را پشتیبانی می کند یک شبکه از خازنهای قدرت که شامل تعبیه بانکهای خازنی در محل پستهای 20/63 کیلو وات و همچنین تعبیه تعدادی خازن در شبکه توزیع 230/400 ولت بمقدار بسیار زیادی کارآیی سیستم قدرت را بهبود می بخشد و نیاز به تولید انرژی اضافی را کاهش می دهد چنین خاصیت مهمی نیاز مبرم به خازنهای قدرت جهت جبران جریان را کتیو را توجیه می نماید تکنولوژی منحصر به فردی که بتازگی در جنس و روش ساخت خازنهای بکار گرفته شده است هنر بهره جویی در این زمینه ها را فراهم می سازد .

1- تحول در ساختار خازنها :

پیشرفت تکنولوژی در ساخت عایقهای جامد سبب گردیده تا خازنها با کیفیت بالاتری ساخته شود به منظور لمس بهتر تکنولوژی سالهای اخیر خلاصه ای کوتاه از توسعه تکنولوژی در مدت 30 سال گذشته بیان می گردد .

در دهه 1960 هر لایه عایق جامد از چندین صفحه موسوم به KRAFT – PAPER  تشکیل می شود خازنهای قدیمی که این نوع عایق در آنها بکار رفته است عموما وزنی بیش از 5/0 کیلوگرم به ازاء هر KVAR  و تلفاتی در حدود 2 الی 3 وات برای هر KVAR  داشتند .

در اواسط دهه 1960 ترکیبی از KRAFT – PAPER   با صفحه نازک پلی پروپیلین جایگزین شد و صفحه دیگر KRAFT – PAPER   در جای خود باقی ماند که بعنوان فتیله عمل کند و اجازه دهد تا مایع عایق در لایه های نازک پلی پروپیلین نفوذ کند با تکنولوژی PAPER – FILM  خازنهایی به بزرگی 200KVAR   ساخته شد و وزن آنها به زیر 5/0 کیلوگرم به ازاء هر KVAR   تقلیل یافت مهمتر اینکه تلفات به 5/0 الی 8/0 وات برای هر KVAR   کاهش پیدا نمود و بطور قابل توجهی به اطمینان و کارآیی خازنهای قدرت افزوده شد در اواسط دهه 1970 مایع عایق NON- PCB  شناخته و جهت استفاده در خازنهای قدرت معرفی شد این هم در بهبود عملکرد خازن سهیم بود و به خاطر مشخصه خطرناک PCB  برای محیط زیست بطور خاصی مورد توجه قرار گرفت بطوریکه اکنون در برابر دنیا خواسته می شود که جهت عایق خازنها از مایع NON – PCB استفاده شود در دهه 1980 خازنهای ALL-FILM  عرضه شد این نوع خازنها در اوائل سالهای 1970 به بازار معرفی شده بود ولی کلا در دهه 1980 برای اولین بار تولید اینگونه خازن در برابر دنیا معمول گردید .

پیشرفت در تکنولوژی ورقهای آلومینیوم و سطوح صفحات نازک امکان آغشته شدن بهتر لایه های نازک پروپیلین بدون نیاز بوجود KPART – PAPER  را مهیا ساخت وزن خازنهای ALL- FILM  خیلی کمتر از 5/0 کیلوگرم برای هر KVAR   بوده و تلفات آن تقریبا به 1/0 وات برای هر KVAR   رسدی اضافه بر عملکرد خوب در بهره بردای خازنهای ALL-FILM از منحنی ترکیدن تانک بسیار خوبی برخوردار هستند بطوریکه خطر بهره برداری از این قبیل خازنها کاهش و ایمنی آن بطور چشمگیری بهبود یافت  و همه سازندگان عمده خازنهای قدرت امروزه از عایق ALL-FILM استفاده می کنند مضافا اینکه عایق مایع NON – PCB  که برای محیط زیست هم هیچگونه خطری ندارد بعنوان مایع آغشته کننده در همه صنایع بکار گرفته می شود .

یک دستگاه خازن از تعدادی خازنهای جداگانه که اصطلاحا CAPACITOR PACKS  نام دارند تشیکل می شوند (شکل 1) این خازنها معمولا بصورت سری – موازی به همدیگر متصل شده اند تا ظرفیت کلی یکدستگاه خازن (OVERALL RATING ) مورد نظر بدست آید یک روش جهت اتصال خازنهای درونی (PACKS ) به همدیگر کار گذاشتن با ریکه هایی بین ورق آلومینیوم و لایه های عایق جامد در فواصل معین می باشد که هنگام پیچیدن خازن (PACK ) صورت می گیرد روش دیگر اتصال خازنهای درونی که دارای مقاومت پایینتری می باشد با استفاده از ورقهای ممتد آلومینیوم قابل اجراست شکل ( 2) فرق بین ساختمان این دو نوع خازن را نشان می دهد .

در اتصال خازنها به شیوه استفاده از ورقهای آلومینیوم ممتد لایه های ورق آلومینیوم در اثر از لایه های نازک پلی پروپیلین امتداد داده می شود به شکلی که اجازه دهد با ورق آلومینیوم خازن (PACK ) مجاور مستقیما متصل شده یک اتصال الکتریکی با مقاومت پایینتری بوجود آورد .

در تکنولوژی سالهای 1990 به بعد از تجربیات گذشته استفاده شده و در حقیقت خازنهایی که اخیرا عرضه می شوند دارای تکنولوژی تکمیل یافته تری هستند مثلا استفاده از عایق جامد ALL – FILM  و عایق مایع NON – PCB  و بکار گیری روش ورق آلومینیوم ممتد جهت انجام اتصالات بین خازنهای جداگانه درونی (PACK ) و همچنین استفاده از لیزر جهت انجام برش ورق های آلومینیوم می باشد .

همانطوریکه میدانید در خازنهای قدرت ولتاژی که به ترمینالهای خازن اعمال می گردد به نسبت گروههای خازنهای جداگانه درونی (PACK ) که با همدیگر سری می باشند تقسیم می شود .

ولتاژ (PACK ) بین دو هادی آلومینیوم ظاهر شده  باعث می شود فشار الکتریکی به ماده عایق بین و اطراف هادیها وارد شود وقتی ولتاژ دو سر ورق آلومینیوم هادی زیاد شود سطح ولتاژ نتیجتا به حدی خواهد رسید که فشار الکتریکی را ناشی می شود و تخلیه گروهی خازنها بصورت جزئی در یک سطح ولتاژ ثابت شروع می شود که این ولتاژ را اصطلاحا ولتاژ آغاز تخلیه سیستم عایق می نامند عوامل اولیه موثر در این سطح ولتاژ توانایی عایقی مایع و شکل هندسی ورق آلومینیوم هادی می باشد  ( شکل 23) سطح مقعط سیستم عایق یک خازن همراه با نقشه میدان الکتریکی اطراف هادیها آلومینیومی را نشان می دهد .

در ناحیه بین هادیهای آلومینیومی؛ فشار الکتریکی کاملا یکنواخت بوده و خطوط هم پتانسیل میدان الکتریکی به موازات سطح آلومینیومی و با فواصل مساوی از همدیگر قرار دارند .

در نقاطی بلافاصله بعد از حاشیه ورق آلومینیوم میدان الکتریکی غیر یکنواخت می گردد این پدیده به خاطر این است که در این ناحیه میدان الکتریکی بین دو سطح موازی و صاف محدود نمی باشد شکل میدان و حداکثر تغییرات و فشار الکتریکی بستگی زیادی به وضع حاشیه ورق آلومینیوم دارد با توجه به مشخصه حاشیه ورق آلومینیوم فشار  در این نقاط در مقایسه با فشار بین ورقهای آلومینیوم در درون خازن (PACK ) می تواند چندین برابر بیشتر باشد در روش معمول ساخت ورق آلومینیوم از تکنیک برش مکانیکی حاشیه ورق آلومینیوم استفاده می شود که در این روش حاشیه ورق آلومینیوم ناهموار ویکنواخت می شود .

مقدار ازدیاد فشار الکتریکی در حاشیه ورق آلومینیوم بستگی به پیرامون حاشیه ورق دارد .

در نقاشی که خطوط هم پتانسیل به دلیل تیز و ناصاف بودن لبه ورق آلومینیوم متمرکز می شوند فشار الکتریکی فوق العاده بالایی بوجود می آید شیوه معمول مقابله با افزایش فشار الکتریکی در حاشیه ورق آلومینیوم دو لا کردن یا برگرداندن لبه ورق بمنظور دستیابی به یک حاشیه صافتر می باشد هر چند که دو برابر کردن ضخامت آلومینیوم ایجاد یک ناحیه پر فشار در عایق فعال می نماید که در ساختمان خازن از نظر آغشتگی محدودیتی را تحمیل می نماید .

ابداع جدیدی که در ساخت خازنها اخیرا به آن دسترسی پیدا شده است استفاه از برش لیزری جهت حذف و از بین بردن ناهمواری که غالباً بر اثر برش مکانیکی در حاشیه ورق آلومینیوم ایجاد می شود بوده است با بکارگیری این روش حاشیه نسبتا صافی در اطراف ورق آلومینیوم بدست می آید که باعث می گرد یکنواختی میدان الکتریکی حفظ  شود فشار الکتریکی بدلیل استفاده از برش لیزری در خازنها به مقدار قابل ملاحظه ای ولتاژ شروع تخلیه جزئی را افزایش می دهد و در نتیجه سیستم عایقی خیلی بهتری بدست خواهد آمد شکل ( 4) ولتاژ آغاز تخلیه سیستم عایق خازن (DIV ) را برای دو روش برش مکانیکی و لیزری را با همدیگر مقایسه می کند .

مایع NON- PCB  بکار رفته در ساخت این خازنها ترکیب منحصر به فردی است که مشخصه عایقی بهتری برای دامنه (RANGE ) حرارتی کارکرد خازن فراهم می سازد طریقه آغشتگی خازن با مایع بوسیله سیستم چند راهه صورت می گیرد تا اطمینان حاصل می شود که خود مایع و هر PACK  قبل از پر شدن با مایع کاملا از گاز تخلیه شده است ترکیب برش ورق آلومینیوم بوسیله لیزر و روش آغشتگی بهتر توانای و تحمل خازن در برابر ولتاژ را بهبود می بخشد .

• طریقه و عوامل موثر در از کار انداخن سیستمهای عایق :

در حال حضر دو نوع خازن توسط سازندگان عرضه می شود که بعضی دارای سیستم عایق PAPER – FILM  و برخی دیگر دارای سیستم عایق ALL – FILM  می باشند.

به منظور درک بهتر این مطلب که چرا در مواردی جهت تعریف مشخصه ترکیدن تانک خازن از منحنی احتمالی و در بعضی  موارد دیگر از منحنی دقیق استفاده می شود لازم است نحوه از کار افتادن دو نوع خازن مذکور مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد شکل 5- (الف) سیستم عایق PPER – FILM  که از دو ورق آلومینیوم جدا شده بوسیله دو صفحه نازک پلی پروپیلین با پوششی از KRAFT – TISUE  می باشد را نشان می دهد .

نقش 5- (ب) سیستم عایق ALL – FILM پیشنهاد شده توسط یک شرکت سازنده خازنهای قدرت را نشان می دهد که از دو ورق آلومینیوم با اعوجاج یکنواخت و مجزا از هم بوسیله دو صفحه نازک پلی پرپیلین خالص تشکیل شده است حال باید دید که هنگام از کار افتادن هر یک از این سیستم ها چه فعل و انفعالی رخ می دهد .

نمونه ای از یک خازن معمولی توزیع متشکل از پنج خازن جداگانه ( PACK) که بطور سری به همدیگر متصل شده اند را مورد بررسی قرار می دهیم بدیهی است سازندگان مختل خازنهای متفوتی را از نظر ساختمان عرضه می کنند همانگونه که در شکل (6) نشان داده شده است فرض می شود  پنج خازن (PACK) دارای ظرفیت 1 میکرو فاوار جریانی معادل 1 آمپر بکشند برابر استاندارد صنعتی فعلی خازنها باید برای 135% کیلو وار مورد نظر طراحی شوند .

به عبارت دیگر یعنی ظرفیت واقعی خازن بایستی 35/1 برابر ظرفیت نامی باشد این خود باعث می شود که حداقل فیوز محافظ به میزان 35/1 برابر جریان نامی خازن انتخاب گردد البته فرض بر این است که یک فیوزجهت حفاظت یک خازن بکار می رود در غیر اینصورت در یک مجموعه خازنی جهت دو و سه عدد خازن در هر فاز به ترتیب حداقل فیوزهای 7/2 و 05/4 برابر جرین نامی هر خازن لازم است.

1-2- طریقه به کار افتادن عایق PAPER – FILM

فرض کنیم که یک خازن PAPER – FILM از کار افتاده است از کار افتادن یک خازن به معنای شکسته شدن عایق بین دو ورق آلومینیوم می باشد این باعث می گردد تا جریان ضعیفی از یک ورق آلومینیم به ورق دیگر تخلیه   گردد در سیستم عایق PAPER – FILM وقتیکه این تخلیه ضیف برقرار می شود صفحه نازک پلی پروپیلین از محل تخلیه ضعیف برقرار می شود صفحه نازک پلی پروپیلین از محل تخلیه جریان جدا گشته و به عقب کشیده می شود لایه KRAFT0 TISSUE  که هنوز بین دو ورق باقی مانده است تجزیه و متلاشی می وشد و از خود مقداری کربن به جای می گذارد بقایای کربن مانند یک مقاومت بین دو ورق آلومینیوم عمل می کند و قوس الکتریکی بین دو ورق را برقرار می سازد .

قوق الکتریکی درون روغن (مایع عایق ) تولید حبابهای گاز می نماید حسابهای گاز به قسمت فوقانی محفظه خازن (تانک) صعود کرده و فضای نزدیک به سطح بالایی تانک و بوشینگ را اشغال می کنند همزمان با تولید گاز حجم داخلی خازن تغییر یافته سبب برآمدگی تانک خازن می شود تا فضای اضافی مورد نیاز گاز تامین شود نتیجتا سطح مایع عایق داخل تانک خازن به پایین رانده شده و نزدیک به قسمت فوقانی مجموعه خازنها (PACK ) فضای آلوده به گاز باقی می ماند پس از مدتی باقیمانده کربن شکسته شده اجازه می دهد دو ورق آلومینیوم به همدیگر برخورد نمایند مدت زمان لازم جهت بوقوع پیوستن این عمل مشخص نمی باشد زیرا معلوم نیست که برای چه مدت چه مقدار کاغذ تجزیه و متلاشی می شودولی برای سهولت مطلب فرض کنیم پس از مدتی KRAFT – TISSUE   می شکند و دو ورق آلومینیوم به همدیگر متصل می شوند در نتیجه ظرفیت واحد تا مقدار 25/1 میکروفار اد افزایش خواهد یافت یا بعبارت دیگر 25% به جریان افزوده می شود جریان 25/1 آمپر جهت ذوب فیوز 25/1 آمپری که قبلا انتخاب شده است کافی نمی باشد لذا چهار PACK  سری باقیمانده اکنون تحت فشار سطح ولتاژ بالاتری (125%) نسبت به آنچه درابتدا برای آن طراحی شده اند قرار دارند لاجرم پس از مدتی یکی دیگر از خازنهای سری (PACK ) تحت تاثیر سطح ولتاژ بالاتر و سیستم عایق آلوده از کار خواهد افتاد در حقیقت یکبار دیگر مراحل ذکر شده فوق برای خازن بعدی اتفاق خواهد افتاد که نهایتا باعث می شود تا گاز بیشتر ازدیا حجم بیشتر و پایین رفتن سطح مایع از قوس الکتریکی بوجود آمده ناشی گردد تا آنجاییکه شکست ولتاز بین اتصالات وبدنه تانک حاصل شده و متعاقب آن انفجار تانک از قسمت فوقانی بوقوع خوهد پیوست .

محل انفجار تانک بستگی کامل به استحکام مقاومت جنس و جوشکاری تانک خازن دارد اگر جوشکاری تانک خازن مناسب نباشد انفجار تانک ممکن است خیلی زودتر از محل درز جانبی (محل برش ) و یا کف تانک اتفاق افتد همه این اتفاقات می تواند قبل از اینکه جریان کافی جهت ذوب فیوز محافظ کشدیه شود حادث گردد بنابراین بقایای کربن ناشی از تجزیه (KRAFT – PAPER  بصورت یک مقاومت افزایش جریان را محدود می کند از طرف دیگر مدت زمانی که بقایای کربن در عایق فعال خازن باقی می ماند مشخص نیست روش شبیه سازی شرایط و محیط ازکار افتادن خازنهای با عایق PAPER – FILM هم مقدور نیست زیرا شبیه سازی نمی تواند مجهولات مربوط به متلاشی شدن کاغذ را پیش بینی کند لذا سازندتگان خازنهای PAPER – FILM قارد نخواهند بود بطور دقیق و قطعی منحنی مربوط به مشخصه انفجار تانک این قبیل خازنها را پیش بینی و یا تهیه نمایند به همین  دلیل است که از منحنی های احتمالی و تقریبی باید استفاده نمود در این راستا آزمایشات مختلفی توسط سازندگان خازنهای PAPER – FILM جهت تایید و اعتبار بخشیدن منحنی ها احتمای 10% اجرا شده است بنابراین خازنی که توسط یک فیوز محافظت می شود مورد بررسی قرار گرتف و مشاهده شد که امکان ترکیدن تانک این نوع خازن بطور قابل ملاحظه ای  با افزایش تعداد خازنها افزایش می یابد بطوریکه یک فیوز 7/2 آمپری جهت حفاظت دو خازن و یا یک فیوز 05/2 آمپری جهت حفاظت به خازن نیاز به اتصال کوتاه شدن مجموعه های (PACK )  بیشتری دارند تا ذوب شوند این پدیده موجب می شود تا گاز بیشتری تولید شده و احتمال ترکیدن تانک خازن بطو ر مخصوصی  افزای یابد ( جدول 1) .

2-2- طریقه از کار افتادن خازن

هنگامیکه سیستم عایق ALL- PILM  که در شکل 5- (الف) نشان داده شده است از کار می افتد عایق بین دو ورق شکسته شده باعث می گردد تخلیه جریان ضعیفی از یک ورق به ورق دیگر برقرار گیرد فضای اشغال شده میان دو ورق اکنون لایه نازک پلیپروپیلین خالص است لایه نازک زمانیکه در معرض منبع گرما قرار گیرید جدا  گشته و از نقطه گرما به عقب گشیده می شود دو ورق به همدیگر برخورد نموده PACK  را اتصا کوتاه می نماید این اتصال بدون تولید گاز و یا با مقدار خیلی کم همراه است زیرا هیچگونه TISSUE  یا مقاومت دیگری که منشا قوس الکتریکی بین دو ورق آلومینیوم گردد وجود ندارد .

از اتصال کوتاه شدن یک 25% PACK  افزایش جریان منتج می شود متعاقب آن 125% ازدیاد ولتاژ در خازنهای سری (PACK  ) باقیمانده بوجود می اید در سطح فشار بالاتر بعد از مدت زمانی یک PACK  دیگر از کار افتاده دوباره اتصال کوتاه همراه با کمی و یا بطور کلی بدون تولید گاز رخ خواهد داد و افزایش جریان فیوز را سبب می گردد .

آزمایش انفجار تانک نشان می دهد که یک خازن با سیستم عایق ALL- PILM0شکل 5- ب) می تواند به اتصال کوتاه کامل ترمینال به ترمینال برسد بدون اینکه مقدار گاز قابل اندازه گیری تولید نماید انجام آزمایشات عدیده انفجار تانک روی سیستم عایق ALL- PILM برای مصرف کنندگان یک منحنی انفجار تانک دقیق را فراهم نموده است روش استفاده شده  جهت از کار انداختن خازنها در این آزمایشات در واقع شبیه سازی شرایط واقعی در زمان کارکرد بوده است خازنها تحت فشار ناشی از ولتاژ و درجه حرارت بالای محیط در حالیکه جریان زیر نظر بوده است بکار گرفته می شوند کار کردن خازن در فشار و در جه حرارت بالا عمر آنها را کوتاه می سازد .

پس از اینکه خازنها به این سبک از کار افتاده می شوند آزمایشات ترکیدن تانک بر روی آنها با اعمال جریان اتصال کوتاه به هر خازن بعمل آمده مدت زمان رسیدن  تانک به حد انفجار اندازه گیری می شود شکل (7) بیانگر اطلاعات واقعی بدست آمده از این آزمایشات است .

همانگونه که مشاهده می شود زمانهای ترکیدن تانک برای سطوح مختلف جریانهای خیلی نزدیک به همدیگر دسته بندی شده ند از رو یک منحنی ترکیدن تانک در سمت چپ نقاط بدست آمده از اطلاعات واقعی رسم گردیده که نسبت به منحنی واقعی یک منحنی محافظه کارانه است در نتیجه اگر عمل فیوز کردن در سمت چپ این منحنی صورت گیرد یک قطع مطمئن خواهد بود و چنانچه عمل قطع کردن فیوز در سمت راست این منحنی صورت گیرد هماهنگونه که در شکل (8) ملاحظه می شود این یک قطع نامطمئن خواهد بود .

• ارزیابی انفجار تانک خازن PAPER – FILM  به دلیل ابهام ناشی از کاغذ درون سیستم عایق فعال بطور قطعی قابل پیش بننی است لذا ارزیاب جهت تایید منحنی انفجار هر خازنی که دریافت می دارد بایستی اطلاعات مربوط به آزمایش خازن را از سانده مطالبه نماید و پس از تجزیه و تحلیل قانع شود که منحنی های فراهم شده در حد کفایت دقیق می باشند واطمینان پیدا کند که به مناسب ترین و بی خطر ترین مقدار ممکن جهت فیوز محافظ دست یافته است در سالهای اخیربه منظو دستیابی به عمل قطع مطمئن یک فیوز و یا حداقل کاهش تعداد اتفاقات منجر به انفجار خازنهای با سیستم عایق مختلف تلاش زیادی صورت گرفته است .

بطور کلی از دیدگاه حفاظتی اختلاف بسیار زیادی برای انواع مختلفی خازنها وجود دارد که متاسفانه شرح کامل آن از حوصله این مقاله خارج است بطور اجمال مثلا اگر خازن از نوع MIXED DIELECTRIC  باشد حفاظت آن بوسیله فیوزهای درونی جداگانه محاسنی از قبیل قطع سریع خازن داخلی (PACK ) معیوب کاهش قابل اغماض قدرت خروجی خازن عدم تغییر محسوس در عمر خازنهای باقیمانده احتمال کم انفجار محفظه خازن و امکان ساخت واحدهای بزرگ خازنی را  دارد  حال اگر نوع سیستم عایق خازن METALLIZED – DIELECTRIC  باشد که اختلاف این دو نوع عمدتا در ضخامت ورق آلومینیوم آنها است نوع اخیر از ضخامت ورق کمتری برخوردار است در نتیجه مقاومت الکتریکی الکترودها (ورق آلومینیوم ) به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش می یابد  در عمل ثابت شده که حفاظت با استفاده از روش فیوزهای درونی جداگانه در خیلی از موارد برای این قبیل خازنها اثری ندارد لذا جهت حفاظت خازنها با توجه به شرایط از کار افتادگی خازن نوع سیستم عایق بکار رفته و محل نصب آنها بایستی از روش مناسب استفاده شود از جمله روشهای دیگر حفاظتهای استفاده از قطع مکانیکی خازن استفاده از کلیدهای فشار و بکارگیری حفاظت دو فیوزه برون خازنی می باشد که هیچکدام بصورت صد درصد موثر شناخته نشده است .

بنابراین راه منطقی این است که از یک سیستم عایقی که هنگام از کار افتادن خازن گاز زیادی از خود متصاعد نکند استفاده شود همانگونه که توضیح داده شد با بکارگیری سیستم عایقALL- FILM  این مهم میسر خواهد شد این نوع سیستم عایق امکان دستیابی به بهترین هماهنگی ممکن بین منحنی انفجار تانک خازن و منحنی مشخصه عملکرد فیوز به مصرف کننده می دهد .

نتیجه :

کاربرد خازنهای قدرت علیرغم محاسن و معیب آن اجتناب ناپذیر است لذا با توجه به انواع خازنها و طرحهای حفاظت مختلف که توسط سازندگان ارائه می گردد نهایت دقت در انتخاب نوع سیستم عایق خازن و طرح حفاظتی آن بایستی بعمل آید .

اهمال در بررسی و مطالعه مشخصه فنی خازنها و عدم انتخاب مناسب بانکهای خازنی می توند علاوه بر تحمیل هزینه سنگین تهیه و خرید خسارتهای جنبی دیگری از قبی صدمه زدن به تاسیسات و دستگاههای مجاور بر اثر احتمال بروز حریق تمیز کاری تعطیل بهره برداری و غیره را وارد نماید خازنهای با سیستم عایقALL – FILM  در شرایط واقعی کار از توانایی بیشتر و بهره برداری مطمئن نسبت به خازنهای با عایق  PAPER – FILM  برخوردارند .

از جمله این توانایی ها کم بودن تلفات حجم حرارت و هزینه بهره برداری آن است ضمنا قبل از اتخاذ هر گونه تعمیمی در جهت انتخاب خازن و نوع حفاظت آن شخص ارزیابی کننده باید از اهمیتی که شرکت برای ایمنی خازن قائل است مطلع باشد و به هر حال اطمینان حاصل نماید که طرح حفاظت خازن پیشنهادی واقعا می توان خازن خریداری و نصب شده را به نحوی محافظت نماید که فیوز یا هر وسیله حفاظتی دیگر قبل از انفجار تانک عمل نموده و خازن را از مدار جدا سازد .

فصل هفتم

خلاصه فصل :

تنظیم رله های جریانی بر اساس محاسبات اتصا کوتاه سه فاز انجام می گیرد اما با در نظر گرفتن نوع ترانسفور ماتورهای تبدیل مورد استفاده در شبکه های توزیع که عموما ستاره – مثلث هستند می توان گفت که در تمام شرایط این نتایج کارآمد نیستند زیرا در اثر شرایط این نتایج کارآمد نیستند زیرا در اثر بروز خطای دو فاز در یک سمت ترانسفورماتور، از طرف دیگر جریان سه فاز خواهد گذشت و این پدیده فاصله زمانی لازم بین عملکرد رله هایاصلی و پشتیبان را کاهش داده و سبب عملکرد نابجای حفاظت پشتیبانی بجای اصلی خواهد شد این مسئله بخصوص از آنرو حائز اهمیت است که احتمال وقوع خطای دو فاز در خطوط هوایی توزیع از اتصال کوتاه سه فاز به مراتب بیشتر است .

در این مقاله سعی می شود  تا از طریق بسط یک دیدگاه نظری روش عملی جهت محاسبات هماهنگی رله ها ارائه کرد تا در نهایت بهترین تنظیم های جریانی و زمانی ممکن را برای رله های جریان زیاد مورد استفاده در شبکه های توزیع و فوق توزیع فراهم آورد .

شرح فصل :

1- مقدمه :

استفاده از رله های جریان زیاد (O. C) بمنظور تشخیص خطاهای فازی و رله های اتصال زمین (E/ F) جهت تشخیص خطاهای زمین در شبکه های توزیع و فوق توزیع کاملا متداول است .

در شبکه های توزیع از این رله ها بعنوان حفاظت اصلی و در شبکه های فوق توزیع گاهی بعنوان حفاظت اصلی و گاهی بعنوان حفاظت پشتیبان استفاده می شود .

بمنظور عملکرد صحیح سیستم حفاظتی و اجتناب از قطع بیمورد انرژی مصرف کنندگان بایستی میان تنظیم زمانی رله ها هماهنگی برقرار گردد یعنی میان زمان عملکرد رله اصلی و رله پشتیبان همواره حداقل فصاه زمانی معینی وجود داشته باشد تا از عملکرد نابجای رله ها و بی برق شدن بی دلیل بخشی از شبکه  ممانعت بعمل آید .

با توجه به اینکه با رعایت فاصله زمانی لازم برای هماهنگی بین رله های اصلی و پشتیبان زمان علمکرد انتهایی ترین رله نسبت به محل مصرف شدیدا افزایش می یابد معمولا در شبکه های توزیع و خصوصا شبکه های فوق توزیع از رله های جریانی با منحنی  مشخصه عملکرد معکوس (Inverse ) استفاده می کنند که با افزایش جریان خط زمان عملکرد رله نیز کاهش می یابد بدنی ترتیب زمان عملکرد رله نیز کاهش می یابد بدین ترتیب زمان عملکرد رله های دورتر از محل مصرف برای خطاهای مخرب با جریان بالا کمتر شده و امکان استفادهازاین رله ها برای شبکه های بزرگ و بهم پیوسته فراهم می گردد .

بیشترین جریان خطا برای هماهنگی رله های فازی جریان اتصال کوتاه سه فاز است . این مطلب را می توان  با استفاده از روابط موجود در میان مدارهای معادل در آنالیز سیستم های قدرت نشان داد از این تحلیل می توان نتیجه گرفت :

که جریان اتصال کوتاه سه فاز 15% جریان اتصا کوتاه دو فاز در شرایط مساوی بیشتر است و بنابراین می تواند مبنای مناسبی برای محاسبات هماهنگی و تنظیم رله های  جریان زیاد باشد . زیرا با توجه به طبیعت این رله ها اگر هماهنگی بازای بیشترین جریان خطا برقرار باشد می تون ادعاد کرد که هماهنگی بازای جریانهای پایین تر نیز برقرار خواهد بود .

2- طرح مسئله :

در تنظیم رله های جریانی یک شبکه شعاعی فرض بر این است که از رله های اصلی و پشتیبانی هنگام وقوع خطا جریانی برابر می گذرد بر این اساس تنظیم زمانی رله های اصلی و پشتیبان با یک جریان خطا محاسبه می شود اما مشکلی که بواسطه وجود ترانسفورماتوری ستاره – مثلث در شبکه های توزیع و فوق توزیع پیش می آید این است که هنگام وقوع خطای دو فاز در یک سمت ترانس، در طرف دیگر در یکی از فازها جریان خطای سه فاز ظاهر خواهد شد که این پدیده سبب کم شدن فاصله زمانی میان عملکرد سبب کم شدن فاصله زمانی میان عملکرد رله های اصلی وپشتیبانی شده و در نهایت احتمال عملکرد نابجای رله پشتیبان بجای رله اصلی را بیشتر خواهد کرد دلیل وقوع این پدیده را با توجه به جریانهای گذرنده از سیم پیچ های تراسفورماتور در زمان وقوع خطا می توان نشان داد .

این مسئله خصوصا از آن جهت قابل تامل است که احتمال وقوع خطاهای دو فاز در خطوط هوایی توزیع از خطای اتصال کوتاه سه فاز به مراتب بیشتر است با در نظر گرفتن این حقیقت که بیشتر خطاهای تکفاز با زمین ناشی از پارگی های سیمهای خطوط با شکستن مقره ها نیز بدلیل مقاومت بالای مح خطا بویژه در نواحی گرم و خشک توسط رله های اتصال زمین قابل تشخیص نبوده و در نهایت بدلیل بالا بودن سطح ولتاژ روی مقره های مجاور نسبت به زمین به خطای دو فاز منجر خواهد شد از اینرو گاهی توسط پرسنل بهره برداری خطوط و پستها عنوان می شود که در اثر وقوع خطا در یکی از فیدرهای خروجی ترانسفورماتور بجای عمل کردن کلید مربوط به آن فیدر و پاک کردن موضعی خطا کلید اصلی طرف دیگر ترانسفورماتور عمل نموده و شینه اصلی را بی برق کرده است .

3- راه حل پیشنهادی :

ممکن است پیشنهاد می شود که برای رفع این مشکل از جریان خطای دو فاز برای هماهنگی رله های اصلی و پشتیبان استفاده کنیم اما همانطوریکه در قسمت های قبلی اشاره شده مقدار جریان خطای دو فاز از جریان خطای سه فاز کمتر است و اگر تنظیم زمانی بین منحنی ها با استفاه از جریان کمتر انجام شده باشد در صورت وقوع خطای سه فاز دیگر فاصله زمانی لازم وجود نخواهد داشت و هماهنگی بهم خواهد خورد این حقیقت با استفاده از رسم منحنی های رله های اصلی پشتیبان در یک صفحه مختصات جریان –ز مان قابل رویت  می باشد .

پس برای انجام هماهنگی با در نظر گرفتن پدیده مورد بحث  بایستی بدتری شرایط را در نظر بگیریم و آن حالتی است که از له اصلی جریان دو فاز و از رله پشتیبان جریان سه فاز می گذرد بنابراین بایستی تنطیم جریان سه فاز می گذرد بنابراین بایستی تنظیم زمانی رله اصلی بر مبنای خطای دو فاز و تنظیم رله پشتیان سر اساس خطای سه فاز محاسبه  گردد این روش با استفاده  از نمایش ترسیمی و منحنی های مشخص رله های اصلی و پشتیبان در شکل (1) نشان داده شده است .

4- روش محاسباتی تنظیم رله های جریانی :

هماهنگونه که از نمایش ترسیمی در شکل (1) پیداست بایستی برای پیدا کردن تنظیم های زمانی رله های طرفین ترانس ابتدا زمان عملکرد رله اصلی را با استفاده از جراین خطای دو فاز بدست آورده و سپس با افزودن خطای دو فاز بدست آورده و سپس با افزودن فاصله زمانی لازم ( 0.4 sec) زمان عملکرد رله پشتیبان را پیدا کنیم آنگاه با استفاده از جریان اتصال کوتاه سه فاز و زمان محاسبه شده تنظیم زمانی رله پشتیبان بدست می آید .

روش کار بدین صورت است که ابتدا تنظیم زمانی رله اصلی  (T.D.S) را روی مینیمم مقدار خود ( مثلا 0.0.5 ) قرار می دهیم آنگاه زمان عملکرد این رله را بازای جریان خطای دو فاز در محل کلید اصلی (با فرض باز بودن کلیدانتهای خط ) به کمک روش ترسیمی و با معادله ریاضی معرف منحنی مشخصه رله ( این معادله را با دقت بسیار خوبی با روشهای عددی بر ازش خم می توان پیدا کرد ) پیدا نموده و t 1  می نامیم به این زمان فاصله زمانی لازم برای هماهنگی رله های اصلی و پشتیبان (C.T.I ) را اضافه می کنیم زمان عملکرد لازم برای رله پشتیبان بدست می آید که آنرا t₂ می نامیم به کمک t₂ و جریان خطای سه فاز گذرانده از رله پشتیبان با استفاده از معادله مشخصه رله تنظیم زمانی با T.D. S رله پشتیبان بدست می آید بهمین ترتیب TDS  بدست آمده را مبنا قرا رداده و T.D. S رله پشتیبان آنرا پیدا می کنیم تا همه رله ها هماهنگ شوند .

5- مزایا و معایب روش پیشنهادی :

هماهنگونه که از نمایش ترسیمی روش فوق در شکل ( 1) مشهود است با استفاده از این روش فاصله زمانی میان منحنی های مشخصه رله های اصلی و پشتیبان نسبت به حالتی که تنظیم های زمانی با استفاده از جریان اتصال کوتاه سه فاز محاسبه شوند قدری بیشتر می شود این مسئله در فاز محاسباتی با بیشتر شدن مقدار عددی T.D.S  رله پشتیبانی نسبت به حالت قبل خودنمایی می کند هر دو این رخدادها معرف این حقیقت است که با بهره گیری  از این روش زمان عملکرد رله پشتیبان  و رله های بعدی به ازای وقوع خطای سه فاز در محل کلید اصلی نسبت به حالت قبل قدری بیشتر می شود که البته مطلوب ما نیست چرا که یکی از اهداف عمده در هماهنگی رله های حفاظتی کاستن از زمان عملکدر رله ها و پاک شدن خطا در کوتاه ترین زمان ممکن است اما در عوض با صرف نظر کردن از این پدیده احتمال بی برق شدن بی دلیل بخشی از شبکه در نتیجه وقوع خطا در ناحیه مجاور آن افزایش می باد که کاهش قابلیت اطمینان برای مصرف کنندگان انرژی الکتریکی را بدنبال خواهد داشت با مقایسه این دو وضعیت متضاد می توان استفاده از این روش را بطور منطفی توصیه کرده چرا کهاولا همانگونه که اشاره شد احتمال وقوع خطا دو فاز در شبکه های توزیع از خطای سه فاز بیشتر است و ثانیا  زمان عملکرد سیستم حفاظتی در شبکه های توزیع به اندازه  شبکه های فشار قوی انتقال انرژی از حساسیت برخوردار نیست زیرا در آن شبکه ها در صورت پاک نشدن خطا در مدت زمان معین احتمال بروز ناپایداری و خارج شدن سیستم از سنکرونیسم وجود دارد بنابراین بایستی از حفاظتی سریعتر و مطمئن تر مانند حفاظت دیستانس استفاده شود اما  در شبکه های توزیع رساندن برق مطمئنتر مانند حفاظت دیستانس استفاده شود اما در شبکه های توزیع رساندن برق مطمئن به مصرف کنندگان انرژی از اولویت برخوردار باشد از اینروست که بکار بردن این روش در تنظیم رله های جریانی توصیه می گردد

نتیجه گیری

در این فصل ضمن اشاره به روش های حفاظت جریانی در شبکه های توزیع به طح مسئله تنظیم رله های جریانی با حضور تراسنفورماتورهای ستاره – مثلث پرداخته شد و ضمن اشاره به کارآمد نبودن روشهای موجود در بدست آوردن تنظیم های مناسب روشی پیشنهاد گردید که تنظیم های زمانی را با در نظر گرفتن حداکثر قابلیت اطمینان برای .

روش صحيح تنظيم رله هاي جرياني در شبكه توزيع

مقدمه :

تنظيم رله هاي جرياني بر اساس محاسبات اتصال كوتاه سه فاز انجام مي گيرد . اما با در نظر گرفتن نوع ترانسفورماتورهاي تبديل مورد استفاده در شبكه هاي توزيع كه عموما ستاره – مثلث هستند مي توان گفت كه در تمام شرايط اين نتايج كارآمد نيستند زيرا در اثر بروز خطاي دو فاز در يك سمت ترانسفورماتور از طرف ديگر جريان سه فاز خواهد گذشت و اين پديده فاصله زمان يلازم بين عملكرد رله هاي اصلي و پشتيبان را كاهش داده و سبب عملكرد نابجاي حفاظت پشتيبان بجاي اصلي خواهد شد اين مسئله بخصوص از آنرو حائز اهميت است كه احتمال وقوع خطاي دو فاز در خطوط هوايي توزيع از اتصال كوتاه سه فاز به مراتب بيشتر است .

در اين فصل سعي مي شود تا از طريق بسط يك ديدگاه نظري روشي علمي جهت محاسبات هماهنگي رله ها ارائه گردد تا در نهايت بهترين تنظيم هاي جرياني و زماني ممكن را براي رله هاي جريان زياد مورد استفاده در شبكه هاي توزيع و فوق توزيع فراهم آورد .

شرح

1- مقدمه :

استفاده از رله هاي جريان زياد (O/C) بمنظور تشخيص خطاهاي فازي و رله هاي اتصال زمين (E/F) جهت تشخيص خطاهاي زمين در شبكه هيا توزيع و فوق توزيع كاملا متداول است .

در شبكه هاي توزيع از اين رله ها بعنوان حفاظت اصلي و در شبكه هاي فوق توزيع گاهي بعنوان حفاظت اصلي و گاهي بعنوان حفاظت پشتيبان استفاده مي شود .

بمنظور عملكرد صحيح سيستم حفاظتي و اجتناب از قطع بيمورد انرژي مصرف كنندگان بايستي ميان تنظيم زمان رله ها هماهنگي برقرار گردد يعني ميان زمان عملكرد رله اصي و رله پشتيبان همواره حداقل فاصله زماني معيني وجود داشته باشد تا از عملكرد نابجاي رله ها و بي برق شدن بي دليل بخشي از شبكه ممانعت بعمل آيد .

با توجه به اينكه با رعايت فاصله زماني لازم براي هماهنگي بين رله هاي اصلي و پشتيبان زمان عملكرد انتهايي ترين رله نسبت به محل مصرف شديدا افزايش مي يابد معمولا در شبكه هاي توزيع و خصوص شبكه هاي فوق توزيع از رله هاي جرياني با منحني مشخصه عملكرد معكوس (Inverbe ) استفاده مي كنند كه با افزايش جريان خطا زمان عملكرد رله نيز كاهش مي يابد بدين ترتيب زمان عملكرد رله هاي دورتر از محل مصرف براي خطاهاي مخرب با جريان بالا كمتر شده و امكان استفاده از اين رله ها براي شبكه هاي بزرگ و بهم پيوسته فراهم مي گردد .

بيشترين جريان خطا براي هماهنگي رله هاي فازي جريان اتصال كوتاه سه فاز است اين مطلب را مي توان با استفاده از روابط موجود ميان مدارهاي معادل در آناليز سيستم هاي قدرت نشان داد (2و 1) از اين تعطيل مي توان نتيجه گرفت كه جريان اتصال كوتاه سه فاز 15% از جريان اتصال كوتاه دو فاز در شرايط مساوي بيشتر است و بنابراين مي تواند مبناي مناسبي براي محاسبات هماهنگي و تنظيم رله هاي جريان زياد باشد زيرا با توجه به طبيعت  اين رله ها اگر هماهنگي بازاي بيشترين جريان خطا برقرار باشد مي تون ادعاد كرد كه هماهنگي بازاي جريانهاي پايين تر نيز برقرار خواهد بود .

2- در تنظيم رله هاي جرياني يك شبكه شعاعي فرض بر اين است كه از رله هاي اصلي و پشتيبان هنگام وقوع خطا جرياني برابر مي گذرد بر اين اساس تنظيم زماني رله هاي اصلي و پشتيبان با يك جريان خطا محاسبه مي شود اما مشكلي كه بواسطه وجود ترانسفورماتورهاي ستاره – مثلث در شبكه هاي توزيع و فوق توزيع پيش مي ايد اين است كه هنگام وقوع خطا دو فاز در يك سمت ترانس در طرف ديگر در يكي از فازها جريان خطاي سه فاز ظاهر خواهد شد كه اين پديده سبب كم شدن فاصله زماني ميان عملكرد رله هاي اصلي و پشتيبان شده و در نهايت احتمال عملكرد نابجاي رله پشتيبان بجاي رله اصلي را بيشتر خواهد كرد دليل وقوع اين پديده را با توجه به جريانهاي كذرنده از سيم پيچيهاي ترانسفورماتور درزمان وقوع خطا مي توادن نشان داد .

اين مسئله خصوصا از آن جهت قابل تامل است كه احتمال وقوع خطاهاي دو فاز در خطوط هوايي توزيع از خطاي اتصال كوتاه سه فاز به مراتب بيشتر است با در نظر گرفتن اين حقيقت كه بيشتر خطاهاي تكفاز با زمين ناشي از پارگي هاديهاي خطوط با رله هاي اتصال زمين قابل تشخيصي نبوده و در نهايت بدليل بالا بودن سطح ولتاژ روي مقره هاي مجاور نسبت به زمين به خطاي دو فاز منجر خوهد شد از اينرو گاهي توسط پرسنل بهره برداري خطوط و پستها عنوان مي شود كه در اثر وقوع خطا در يكي از فيدرهاي خروجي ترانسفورماتور بجاي عمل كردن كليد مربوط به آن فيدر و پاك كردن موضعي خطا كليد اصلي طرف ديگر ترانسفورماتور عمل نموه و        اصلي را بي برق كرده است  .

3- راه حل پيشنهادي

ممكن است پيشنهاد شود كه براي رفع اين مشكل از جريان خطاي دو فاز براي هماهنگي رله هاي اصلي و پشتيبان استفاده كنيم اما همانطوريكه در قسمتهاي قبلي اشاره شد مقدار جريان خطا دو فاز از جريان خطاي سه فاز كمتر است و اگر تنظيم زماني بين منحني ها با استفاده از جريان كمتر انجام شده باشد در صورت وقوع خطاي سه فاز ديگر فاصله زماني لازم وجود نخواهد داشت و هماهنگي بهم خواهد خورد اين حقيقت با استفاده از رسم منحني هاي رله هاي اصلي و پشتيبان در يك مختصات جريان – زمان قابل رويت مي باشد.

پس براي انجام هماهنگي با در نظر گرفتن پديده مورد بحث بايستي بدترين شرايط را در نظر بگريم و آن حالتي است كه از رله اصلي جريان دو فاز و از رله پشتيبان جريان سه فاز مي گذرد بنابراين بايستي تنظيم زماني رله اصلي بر مبناي  خطای دو فاز و تنظیم رله پشتیبان براساس خطای سه فاز انجام گیرد این روش دز شکل 1 نمایش داده شده است:

4- روش محاسباتی تنظیم رله های جریانی :

همانگونه که از نمایش ترسیمی در شکل (1) پیداست بایستی برای پیدا کردن تنظیم های زمانی رله های طرفین ترانس ابتدا زمان عملکرد رله اصلی را با استفاده از جریان خطای دو فاز بدست آورده و سپس با افزودن فاصله زمانی لازم (0.4 sec) زمان عملکرد رله پشتیبان را پیدا  کنیم آنگاه با استفاده از جریان اتصال کوتاه سه فاز و زمان محاسبه شده تنظیم زمانی رله پشتیبان بدست می آید .

روش کار بدین صورت است که ابتدا تنظیم زمانی رله اصلی (T.D.S) را روی   مقدار خود (مثلاً 0.05) قرار می دهیم آنگاه زمان عملکرد این رله بازای جریان خطای دو فاز در محل کلید اصلی (با فرض باز بودن کلید انتهای خط ) به کمک روش ترسمی و یا معادله ریاضی معرف منحنی مشخصه رله ( این معادله را با دقت بسیار خوبی با روشهای عددی بر ارزش خم می توان پیدا کرد ) پیدا نموده و t1 می نامیم به این زمان فاصله زمانی لازم برای هماهنگی رله های اصلی و پشتیبان (c.t.l) را اضافه می کنیم زمان عملکرد لازم برای رله پشتیبان بدست می آید که آنرا t2 می نامیم به کمک t2 و جریان خطای سه فاز گذرنده از رله پشتیبان با استفاده از معادل مشخصه رله تنظیم زمانی یا T.D.S رله پشتیبان بدست می آید بهمین ترتیب TDS  بدست آمده را مبنا قرار داده و T.D.S رله پشتیبان آنرا پیدا می کنیم تا همه رله ها هماهنگ شوند .

5- مزایا و معایبروش پیشنهادی :

هماهنگونه که از نمایش ترسیمی روش فوق در شکل (1) مشهود است با استفاده از روش فاصله زمانی میان منحنی های مشخصه رله های اصلی و پشتیبان نسبت به حالتی که تنظیم های زمانی با استفاده از جریان اتصال کوتاه سه فاز محاسبه می شوند قدری بیشتر می شود این مسئله در فاز محاسباتی با بیشتر شدن مقدار عددی T.D.S رله پشتیبان نسبت به حالت قبیل خود نمایی می کند  هر دو این رخدادها معرف این حقیقت است که با بهره گیری از این روش  زمان عملکرد رله پشتیبان و رله های بعدی به ازای وقوع خطای سه فاز در محل کلید اصلی نسبت به حالت قبل قدری بیشتر می شود که البته مطلوب ما نیست چرا که یکی از اهداف عمده در هماهنگی رله های حفاظتی کاستن از زمان عملکرد رله ها و پاک  شدن خطا در کوتاهترین زمان ممکناست اما در عوض با صرفنظر کردن از این پدیده احتمال بی برق شدن بی دلیل بخشی از بکه در نتیجه وقوع خطا در ناحیه مجاور آن افزایش می یابد که کاهش قابلیت اطمینان برای مصرف کنندگان انرژی الکتریکی را بدنبال خواهد داشت .

با مقایسه این دو وضعیت متضاد می توان استفاده از این روش را بطور منظمی توصیه کرد چرا که اولا همانگونه که اشاره شد احتمال وقوع خطا دو فاز در شبکه های توزیع از خطای سه فاز بیشتر است و ثانیا زمان عملکرد سیستم حفاظتی در شبکه های توزیع به اندازه شبکه های فشار قوی انتقال انرژی از حساسیت برخوردار  نیست زیرا در ان شبکه ها در صورت پاک نشدن خطا در مدت زمانی معین احتمال بروز ناپایداری و خارج شدن سیستم از سنکرونیسم وجود دارد بنابراین بایستی از حفاظتهای سریعتر و مطمئن تر مانند حفاظت دیستانس استفاده  شود اما در شبکه های توزیع رساندن برق مطمئن به مصرف کنندگان انرژی از اولویت برخوردار می باشد از اینتروست که بکار بردن این روش در تنظیم رله های جریانی توصیه می گردد .

6- نتیجه گیری :

در این فصل ضمن اشاره به روشهای حفاظت جریانی در شبکه های توزیع به طرح    تنظیم رله های جریانی با حضور ترانسفورماتورهای ستاره – مثلث پرداخته و ضمن اشاره به کار آمد نبودن روشهای موجود در بدست آوردن تنظیم های مناسب روشی پیشنهاد گردید که تنظیم های زمانی را با در نظر گرفتن حداکثر قابلیت اطمینان برای مصرف کنندگان بدست دهد سپس مزایا ومعایب این روش برشمرده شد و با توجه به اهمیت رساندن برق مطمئن به مصرف کنندگان استفاده از این روشدر تنظیم رله های جریانی شبکه های توزیع پیشنهاد  گردید .

7- مراجع :

1- دکتر حسین عکسریان بیانه ، مهندس محمود حق شناس، دکتر مسعود شفیعی هماهنگی بهینه رله های جریان زیاد با در نظر گرفتن اثر گروههای ترانسفورماتوری دانشگاه صنعتی خواجه نصیر – مرکز تحقیقات نیرو، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، کنفرانس توانیر؛ آبان ماه 1371.

2- عباس اخوان «مطالعات اتصال کوتاه » دفتر برنامه ریزی برق وزارت نیرو ، 1362.

مقدمه :

در این پروژه سعی شده است هر چند گذرا و کوتاه نگاهی اجمالی به حفاظت شبکه های قدرت مسائل و مشکلات آن داشته باشد و با معرفی انواع مختلف اداوات و وسایل مورد استفاده در سیستم ها قدرت بعنوان گزینه  ای برای حفاظت شبکه سعی برلین نماید که روند تکاملی هر کدام از این ادوات مورد استفاده را از دیروز تاکنون با زبانی گویا مورد بحث و بررسی قرار دهد .

شاید از زمان اختراع برق و بعد تبدیل شدن آن به کیا صنعت و در نهایت همه گیر شدن این نعمت گران یا به مسئله حفاظت آن نیز یک مسئله قابل توجه گردید به گونه ای که می بینیم در همان ابتدا با اختراع انواع کلیدها به گونه  بسیار رسا از کلیدهای چاقویی تا    های stopostart  انواع کلیدهای تکاپل و دوپل .. می توان به گونه ای    نوعی حفاظت بر مدارهای ساده برق معرفی نمود و با تکامل  این صنعت و اختراع انواع فیوزها و وسایل قطع کننده دیگر که استفاده از آنجا حیاتی گردید این موضوع بعنوان یکی از ابزاری ضروری    برقی مطرح گردید و هر روز رو به توسعه گذاشت تا  از هر گونه حادثه ناخواسته از آتش سوزی و خسارت ناشی از آن بر وسایل برقی تا جلوگیری از برق گرفتگی به گونه ای مناسب حفاظت نماید و با توسعه بیشتر و فاصله افتادن مابین نیروگاهها و مصرف کنندگان مختلف بحث حفاظت بر روی این انتقال برق شکل گرفت و شاهد بوجود آمدن انواع سیستمهای حفاظتی با تکیه بر انواع رله های مغناطیسی که مبتنی بر قوانین مغناطیس استوار بود نیز بودیم اما با گستردگی این بحث انتقال و نهایتا بحث توزیع برق و بعلت سرعت بالایی که می بایستی حتما این دستگاهها داشته باشند این وسایل مورد تجربه وتحلیل بیشتر قرار گرفت و انواع فیوزها و رله های مغناطیسی با دقت خیلی بالا و سرعت عملکرد خیل بالا بوجود آمد لیکن این وسای نیز جدا بگو این شبکه عظیم به گونه ای مناسب نبود با بوجود آمدن و شکلی گرفتن بحث پر کاربرد دیجیتال و کامپیوتر خود بخود بر روی این رشته از علم نیز تاثیر خود را گذاشت و انواع رله های مغناطیسی، سرعتی کم جای خود را به انواع رله های دیجیتال داد و حال بحث این بود که نرم افزاری مناسب این رله ها را تنظیم نماید که بحث هماهنگی بین این رله ها بوجود آمد چون که حال کل نیروگاهها با هم شبکه شده بود  و دیگر می بایستی به گونه ای این هماهنگی نیز بین سیستمهای حفاظتی آنها بوجود آید که مهندسین حفاظت را بر آن داشت که از روشهای مختلف منحنی بر تنظیم و هماهنگ نمودن این وسایل حفاظتی نمایند تا در بروز هر گونه خطا و کمبود یا افزایش شاخصه هایبرق ( ولتاژ ، جریان ) به گونه ای سیستم خاموشی دهند که کمترین خسارات برای شرکت توزیع برق و تمام مصرف کنندگانی که حال این نعمت برق مانند آب برای انسان حیاتی گشته بود تحمیل کند چون که ممکن بود با کمترین قطعی بیجا خسارات جبران ناپذیری به چرخه صنعت وارد  گردد به همین علت مهندسین حفاظت مقاله ها و پروژه های زیاد روی تنظیم و اصلاح سیستم حفاظت ارائه دادند و کم کم در این چند دهه اخیر با شکل گرفتن موضوع های تکاملی سیستم های هوشمند و کاربردی بودن آنها در انواع سیستم های ساخت بشر   به نسبت مناسب آنها بخش حفاظت نیز از این موضوع بی نصیب نبود و حال شاهد انواع مقایسه های تئوری و علمی در این موضع هستیم و سعی بر این است که این سیستمها بتوانند کوچکترین خطا را در کمترین هزینه تحمیلی و خسارت برطرف نمایند تا هم شبکه ای پایداری داشته و هم رضایت مشترکان برق به خوبی جلب گردد در این پروژه   بر این شده است که یکجا ولی تا حدودی بطور خلاصه این انواع وسایل را ادوات حفاظتی را معرفی نماییم تا حدودی آشنایی هر چند مختصر با این ادوات داشته باشیم .

در فصل اول توضیح مختصری بر بحث TOV  و اثر ان بر روی شبکه برق داریم و همین موضوع را بهانه ای می نماییم تا در فصل 2 به بررسی انواع فیوزهای قدرت circuit breaker  ها می پردازیم در فصل 3 به توضیح و بررسی انواع رله های قدرت می پردازیم و توضیح هر چند مختصری بر آنها داریم .

در فصل 4 بر بررسی زمین حفاظتی مناسب برای شبکه توزیع داریم در فصل 5 به بررسی تخصصی تاثیر رله اتصال مجدد در شبکه های توزیع می پردازیم و حفاظت در برابر اضافه جریان را مورد بررسی قرار می دهیم در فصل 6 به بررسی حفاظت بانک های خازنی   قطع شدگی فاز موتور می پردازیم در فصل 7 به بررسی تاثیر ها روز    جریان بر عملکرد    IDMT  می پردازیم و بحث ستینگ رله های جریان را مطرح می کنیم در فصل 6 به بررسی کاربرد هر چند گذرای الگوریتم ژنتیک بر ستینگ رله های جریان می پردازیم .

فصل هشتم

هماهنگي رله هاي جريان زياد با روشهاي بهينه سازي

فهرست :

مقدمه

• الگوريتم ژنتيك
• الگوريتم pso
• طرح تطبيقي حفاظتي
• هماهنگ سازي بهينه رله هاي جريان

مقدمه :

همانطوركه مي دانيم رله هاي جريان زياد براي حفاظت سيستم هاي انتقال برق در سطوح مختلف ولتاژ با توجه به نحوه كاربرد و عموميت آنها بطور گسترده مورد استفاده مي باشد اما شايد يكي از مهمترين مسئله هاي حفاظت سيستم ها بوجود آوردن يك مصالح بين دوامر تا حدودي متناقض مي باشد .

اينكه هميشه از يك سيستم قدرت انتظار مي رود  در صورت بروز كوچكترين مشكل در سيستم برق عمل كرده و با خاموشي كمترين مكان ممكنه در كمترين زمان يك سيستم برق هميشه پايدار را كه دچار كمترين مشكل باشد را ايجاد نمايد اما يك مشكل هميشگي بر سر رله گذاري در يك سيستم پيچيده مانند برق اين است كه چگونه و در چه زماني مي بايستي عمل كنند و همين موضوع باعث شده كه اين مسئله در سيستم برق تبديل به هنر و علم رله گذاري گرديده است .

تا قبل از مطرح شدن روش هاي بهينه سازي و هوش مصنوعي مهندسين اين مشكل را  با استفاده از تجربه و يك سري روباط حاكم بر شبكه قدرت انجام مي دادند بعد از گرايش علم به سمت اين روشها مهندسي حفاظت نيز از اين قاعده مستثني نبوه و مقالات و مباحث زياد پيرامون اين موضوعات انجام گرفته و روش هاي مختلف اين شاخه علم مورد مطالعه قرار گرفته است .

قبل از وارد شدن به اين بحث خاص لازم است كه توضيحي در مورد روش بهينه سازي داشته باشيم .

يك اصل اساسي پشت  اين روش ها است و اونم اين است كه مي توان مسائل خير خطي را حل نمود اما نه به معناي نحل كلاسيك و بدست آوردن يك جواب صريح براي آنها بلكه بدست آوردن يك جواب تقريبي كه تا حد ممكن به جواب اصل نزديك باشد  مسائلي مانند محاسبات عددي و مورد استفاده آنها در روش هايي مانند نيوتن ترافسن و … به همين علت روش هاي بهينه سازي به شدت مورد توجه قرار گرفته و شالوده اين روش ها بر اين اساس است كه با استفاده از كمتريت اطلاعات واستفاده از روش هاي خطي نزديك ترين جواب را به روش هايي مانند الگوريتم ژنتيك ant clony de  الگوريتم دفاعي بدن و … اما استفاده اين روش هاي براي رله هاي جريان زياد چيست ؟ خوب مشكل اين رله ها هماهنگي آنها مي باشد هماهنگي اين رله ها مانند هماهنگي اعضاي يك تيم فوتبال مي باشد كه هر چه هماهنگ تر احتمال شكست آنها كمتر خواهد بود رله هاي جريان همانطوركه از اسمشان پيداست بر اين اساس كار مي كنند كه اگر جريان عبوري از اين رله ها بيش از يك مقدار بخصوص دستور trip را به circuit breaker  ميد هد اما نحوه انتخاب اين رله ها بر اساس يك سري منحني ها مي باشد كه اگر بخواهيم بطور ساده اين منحني ها را توصيف كنيم مي توان گفت كه اين منحني ها رابطه اي بر اساس دو پارامتر مي باشند كه نشاني از خصوصيات ذاتي رله ها مي باشند مهندس طراح بتواند با توجه با توجه به اين منحني ها بهترين رله را انتخاب كند خوب بهتر است در ابتدا يك توضيحي در مورد اين رله ها داشته باشيم .

رله هاي اضافه جريان به 4 دسته ي كلي تقسيم مي شوند :

الف : زمان معين

ب :  معكوس استاندارد

پ : خيلي معكوس

ت : بسيار زياد معكوس (بينهايت معكوس )

بهتر است رله هاي مورد استفاده  در يك فيدر از يك نوع باشند . براي توصيف رفتار رله هاي اضافه جريان مي توان از منحني هاي مشخصه زماني جرياني و با روابط رياضي استفاده كرد  در اين فصل از رابطه هاي 1 و 2 از مرجع «وستينگهاوس » استفاده شده است :

(رابطه 1 )          

(رابطه 2 )

كه در آن :

TMS  : ضريبي است كه زمان عملكرد رله  ي جريان زياد را تعيين مي كند.

PSM  عبارت است  از مقدار جريان اوليه شبكه به مقدار جريان تنظيمي رله منتقل شده به طرف شبكه

To : زمان عملكرد رله

Lsc : كمترين جريان اتصال كوتاه در حوزه ي ديد رله

Set  % : درصد تنظيم رله

Lct  : جريان تنظيمي نامي رله نسبت به طرف اوليه شبكه براي هماهنگي رله هاي اضافه جريان بايد كميتهاي PSM و را TMS تعيين كرد تا بتوانيم زمان عملكرد رله ها را از رابطه ي 2 بدست آوريم همانطور كه گفته شد اين زمانها بايد به گونه اي بدست آيند كه علاوه بر عدم ناهماهنگي ها بين رله ها حداقل زمان عملكرد را نيز داشته باشيم تا خسارات وارده به شبكه حداقل شود . مقادير PSM با استفاده از محاسبات اتصال كوتاه شبكه و رابطه 1 و مقادير TMS با روشي كه در الگوريتم گفته خواهد شد بدست مي ايد .

پس مي توان دريافت در انتخاب  اين رله ها زياد با مشكل مواجه نيستيم و مشكل اصلي در مورد هماهنگي  اين رله ها براي يك شبكه اي است كه مي خواهد به سمت ايده آن بودن حركت كند .

• الگوريتم ژنتيك :

در اينجا سعي مي كنيم نگاهي هر چند گذرا بر انتخاب الگوريتم ژنتيك كه يكي از مداولترين و جز قديمي مترين روش هاي بهينه سازي مي باشد را با هم بررسي كنيم اصولا روش هاي بهينه سازي بر خلاف روش هاي كلاسيك امكان حركت به سمت جواب ايده آل را از چند جهت مي دهد به همين علت احتمال همگرا شدن الگوريتم به شدت بالا مي رود و در مورد الگوريتم ژنتيك نيز اين موضوع صادق است .

خوب در اين روش در ابتدا مي بايستي يك تابع هدف تعريف گردد كه مي تواند اين تابع هدف هماهنگي رله ها باشد و اين روش  داراي اين خوبي مي باشد كه قيود جزء ذاتي تابع هدف مي باشد كه اين امكان را ايجاد مي نمايد كه قيود مانند يك عامل مخالفت كننده عمل ننمايد و باعث واگرايي آن نگردد .

الگوريتم ژنتيك مانند ساير روش هاي بهينه سازي احتياج به سري  مقادير اوليه دارد كه مي تواند به صورت تصادفي انتخاب گردد تنظيم زماني رله هاي را مي توان مجهول مورد نظر تعريف نمود تنظيم زماني رله ها  يا در اصل همان TSM رله ها را بعنوان ژن كروموزم ه ابر اساس شماره رله ها تعريف مي كنيم و تعداد آنها بر اساس طول كروموزم ها فضاي جمعيت را مي سازد .

2-1 تابع هدف :

مي توان گفت كه براي مسئله ذكر شده دو مشكل هماهنگي و گسسته بودن TSM رله هاي جريان زياد را با تعريف يك تابع هدف مناسب حل نمود در مورد هماهنگي رله ها مي توان با تعريف تابع هدف :

كه در آن زمان عملكرد رله I مي باشد و مي توان با استفاده از آن اختلاف زمان عملكرد آنهارا نيز بدست آورد البته وقتي اين تايع هدف را براي يك سيستم نمونه اعمال مي كنيم مي بينيم كه    بين عملكرد دو رله ممكن است منفي گردد يعني سيستم دچار تداخل گرديده است .

براي رفع اين مشكل از نسخه اصلاح شده ي آن استفاده مي كنند كه در آن با تعريف يك تابع هدف جديد كه در آن گسسته بودن TSM رله ها را نيز در نظر گرفته سعي نموده شده كه اين مشكل كمتر از بروز  كند و بتواند با استفاده هر داده ي تصادفي به راحتي جواب مورد نظر را بدست دهد .

در اين روش ها با در نظر گرفتن چمله و ضريب  در تابع هدف جديد اين امكان را به الگوريتم داده كه اگر    منفي گردد با توجه به اين كه در اين حالت تابع هدف اين جواب منفي را قبول نمي كند به سراغ تكرار بعدي مي رود مي توان از روش الگوريتم ژنتيك بعنوان يك گزينه مناسب در مورد اين مسئله استفاده  نماييم .

• هماهنگي رله هاي جريان زياد با استفاده از SWARM

Optimization  (pso) :

قبل از توضيح در مورد نحوه استفاده اين روش در بهينه سازي براي هماهنگي رله هاي جريان زياد لازم مي دانم توضيحي هر چند مختصر در مورد اين موضوع يعني Optimization SWARM   داشته باشم .

اين روش بهينه سازي بر مبناي رفتار اجتماعي حيواناتي است كه عليرغم نداشتن سرگروه يك رفتار اجتماعي منظم و دقيق از خود نشان داده و با دنبال كردن رفتاري هر چند ساده در نهايت يك رفتار دقيق و منظم اجتماعي را نتيجه مي دهد مانند انواع پرندگان و ماهيها اين زن روش كه بر پايه مدل فيزيولوژيكي و نتيجه اي حاصل مي شود كشف نقاط بهينه در يك فضاي جستجو مي باشد .

در اين روش هر ذره يك جواب ازمسئله مي باشد كه حركت اوليه آنها بصورت تصادفي در فضاي جستجو و بصورت يكنواخت و در محدوده ي مسئله تعيين شده و موقعيت بعدي ذره با توجه به رفتار قبلي و توجه به رفتار همسايگان تعيين مي گردد و داريم :

 

اين بردار سرعت است كه ذرات را هدايت مي كند به جزءي كه اطلاعات شخصي استفاده يم كند جزء فردي و به جزئي كه از اطلاعات ديگران استفاده مي نمايد جزء اجتماعي گفته مي شود . و با استفاده از تركيب خطي اين دو جزء ذكر شده سرعتها و مكان هاي بعدي حاصل مي شود .

براي استفاده از اين روش بهينه سازي مسئله هماهنگي رله ها را بصورت يك مسئله صحيح غير خطي تعريف كرده و با در نظر گيري مقاديري گسسته براي جريان pick up  رله ها مسئله را به جلو هدايت مي كند .

در اين روش نيز مانند الگوريتم ژنتيك بيشتر بحث بر روي جريان pick up رله ها و اين موضوع است كه اگر بخواهيم آنها را بصورت گسسته تعريف مي كنيم مشكل گرد كردن اين مقادير ذاتا پيوسته در دسر ساز خواهد بود كه خوب در اين روش سعي بر اين است كه با استفاده از موقعيت اجتماعي ذرات كه در اينجا همان TSM رله ها مي باشد با استفاده از يك هماهنگي اجتماعي ذاتي و تجربي به سمت جواب بهينه حركت نماييم مزيت اين روش بر روش GA اين است كه در اين روش حافظه وجود دارد يعني اگر در يك مرحله از الگوريتم اگر روش خوبي استفاده گردد و مسئله به سمت همگرايي با سرعت بيشتري حركت نمايد اين روش بر اي مرحله ي بعدي نيز ذخيره مي گردد ولي در روش الگوريتم ژنتيك با آمدن اطلاعات جديد اطلاعات قديم حذف مي گردد .

از آنجاييكه روش PSO براي مسائل بدون محدوديت مناسب است بايد در اين مسئله هماهنگي رله ها اصلاح گردد .

براي استفاده از اين روش با توجه به اين خصوصيت رله هاي جريان زيا يعني      پس مي توان مي فهميد مسئله هماهنگي رله هاي جريان زياد يك  مسئله غير خطي مي باشد كه مي تواند بصورت پيوسته يا گسسته در نظر گرفته شود كه اگر بخواهيم اين متغير را بصورت گسسته در نظر بگيريم مي بايستي با تعريف يك متغير دودويي اين مسئله را در نظر بگيريم كه روش POS با تعريف Y=  جريان تنظيم رله ها را مجموعي از جريان PLCK UP  تمام رله ها را در نظر مي گيريم يعني :         كه در ان اگر رله I ام انتخاب مي گردد           در صورتي رله I ام انتخاب گردد با اين كار مسئله تبديل به يك مسئله غير خطي هماهنگ مي گردد كه اثر رله ها بر  روي يكديگر نيز در نظر گرفته شده است .

جزئيات بهينه سازي گروهي :

در pos حل شدني به نام particle ناميده مي شوند كه از طريق problem space  به پرواز آمده  با توجه به تجربيات خود و ديگران بهترين محل را محل يابي مي كنند كه در يك فضاي n بعدي particle  تجايگزين مي گردد بوسيله         كه در  آن n  امين حل قبل ثبت مي گردد در حل بعدي بوسيله تعريف تابعي بنام p best n  و حل  هر مسئله بوسيله تابع g best n پيشرفت مي كند و سعي بر اين دارد تا محل خود را بهبود ببخشد و بوسيله جزئيات سرعت مي تواند بهبود بخشيده شود :

Memory of the particle&cooperation between the particles

V_max  نوعي مشخص كننده دقت و resolution pso  مي باشند و ثابت هاي c نيز نشان دهنده نرخ رشد و شتاب اين روش مي باشند بنابراين با استفاده از اين عوامل تعريف شده مي توان با يك سرعت خيلي مطلوبتري به جواب بهينه نزديك گرديد .

• يك طرح تطبيقي حفاظتي براي حفاظت بهينه رله هاي جريان

زياد : در اين طرح هدف بهينه سازي زمان عملكرد رله هاي جريان جهت دار به گونه اي است كه در آن احتمال هاي مختلفي را براي شبكه در نظر بگيريم يعني مي بايستي حالت هاي مختلف شبكه را مورد بررسي قرار دهيم و  با استفاده از طراحي يك حالت نرم افزايري مناسب براي شبكه بتوان يك تنظيم مناسب را براي اين رله هاي پركاربرد ايجاد نمود .

اصولا روش هاي متداولي كه براي هماهنگي رله ها استفاده مي شود به 3 دسته تقسيم مي شود :

1- trial & error

2- topo lg ical

Analysis

3- optimization

در روش بهينه سازي بعضي محققان استفاده مي كنند از يك روش غير خطي براي تنظيم بهينه جريان رله ها و از يك روش خطي براي تنظيم TDS رله ها و بعضي از آنها سعي بر اين دارند كه زمان عملكرد رله را مينيمم كنند در صورتيكه جريان آنها را بصورت تجربي تخمين بزنند در اين روش سعي بر اين است قبل از كاربرد رله ها آنها را بصورت ايده آل براي يك شبكه داراي اتفاقات مشخص هماهنگ كنيم .

پس مي بايستي تمام اتفاقات يك شبكه را در نظر گرفت كه از لحاظ عملي ممكن نيست پس سعي مي شود رله ا را به گونه اي تنظيم كرد كه خودشان از اطلاعات خط هر چه سريعتر بهترين تصميم را بصورت اتوماتيك اعمال كنند روش مورد بررسي داراي فلوچارت عملكرد زير مي باشد :

و نحوه اثر دهي اين فلوچارت در يك شبكه بطور كامل در شكل زير بصورت نرم افزاري رسم شده و تصوير بهتر از اين روش ارائه مي نمايد :

1-4 هماهنگ سازي بهينه رله هاي جريان :

در اين روش اين موضوع مي تواند بصورت يك مسئله پارامتري بيان گردد و سعي بر اين است كه مجموع زمانهاي عملكرد رله ار بهينه كنيم با توجه به اين كه زمان عملكرد هر كدام از انها بهينه شده است ولي محل اعمال يك خطا براي يك رله مي تواند خيلي با اهميت باشد ولي در اينجا چون سعي بر اين است بدترين حالت را در نظر بگيرد نمي تواند بعنوان يك فاكتور  وزني معرفي گردد رله ها با استفاده از فرمول حاكم بر آنها يعني           در نظر گرفته مي شود تابعي كه سعي بر مينيمم كردن آن داريم :

مي باشد كه آن T_ii زمان عملكرد رله I ام مي باشد و چون زمان عملكرد رله هاي پشتيبان مي بايستي بزرگتر باشد پس آن را بصورت       بيان مي گردد و در آن T_ii زمان عملكرد رله پشتيبان  مي باشد و معادله در كل مي تواند خطي بيان گردد :

كه با مينيمم كردن تابع جديد  مي توان زمان عملكرد رله ها را هماهنگ نمود در شكل بالا مي توان كاملا متوجه بود كه اين روش ها بر اين پايه استوار مي باشد كه اطلاعات خط به طور مرتب چك گرديده شده و در هر لحظه خط با سيستم كنترل در تماس باشد .

اما لازم است عملكرد پارامترهاي بيان شده در فلوچارت كمي توضيح داده شود:

TOPOLOGY PROCESSOR

حالت سيستم را  در هر لحظه دريافت نموده و با توجه به اطلاعات دريافت شده تصميم به تغيير حالت مطلوب مي نمايد كه مهمترين اطلاعات را از CICUIT BREAKER  دريفات مي نمايد .

OPTIMAL COORDINATION PROCEDURE

كه با استفاده از روش 2 فازي عمل مي نمايد بدين گونه كه در فاز اول يك حل قابل قبول را بدست آورده و در مرحله بعدي يعني فاز 2 حل بهينه را پيدا مي كند.

• هماهنگي رله هاي جريان زياد با روش برنامه ريزي تكميلي :

اين روش يك روش بهينه سازي چند نقطه بهينه يابي جستجويي اتفاقي مي باشد و داراي اين خاصيت است كه مي تواند مسائل بهينه سازي محلي را دور بزند و احتياج به درجه بندي رله ها  بر اساس جريان عبوري آنها يكي از احتياچات اين روش مي باشد .

روش هاي بهينه سازي و هماهنگ كننده رله ها  جريان بر اساس يك جريان PICK UP  مشخص tms رله ها را هماهنگ مي كنند و نمي توانند شرايط شبكه را بعنوان يك محدوديت بپذيرند و اكثر در نقاط بهينه محلي گير ميفتند و اصولا براي شبكه هاي داراي چند نقاط بهينه مناسب نيستد مانند شبكه هاي حلقوي .

اين روش داراي فلوچارت عملكرد زير مي باشند :

اما اين روش در بهينه سازي در جه بندي هماهنگي رله ها يك پروسه بهينه سازي با محدوديت مي باشد و با شرايط زير تاييد ي گردند و با شرايط زير تاثير مي پذيرند

1- ساختمان احتمالي سيستم :

كه در مورد محدوديت هاي سيستم بحث مي كند و توسط فرمول زير بحث مي كند

تعداد شاخه هاي مواجه با خطاN

تعداد باس بار : BRM

2- زمان عملكمرد رله ها :

هر رله مي تواند csm , TMS  خود را تنظيم كند بر اساس فرمول زير:

3- درجه بندي جفت رله ها

4- مناسب بودن هماهنگي

در اينجا بايد تعيين گردد كه با فرض يك زمان عملكرد براي رله ها آيا سيستم مي توند در كمترين زمان ممكن بهترين عكس العمل را داشته باشد و يانه ؟ كه اين كار توسط فرمول fitness   انجام مي گيرد .

يك سيستم خوب طراحي شده داراي كمترين مقدار براي تابع  fitness    خواهد بود

تابع fitness    و معادلات چك كردن رعايت محدوديت ها آن صفحه چند بعدي چند جوابي را تشكيل مي دهند بدبختانه مانند اكثر مسائل بهينه سازي اين روش نيز داراي چند نقطه بهينه مي باشد كه براي گير نيفتادن در نقاط بهينه محلي از الگوريتم زير استفاده مي گردد :

1- initialization

تنظيم رله هاي توليد شده بر اساس فلوچارت زير بصورت رشته هايي pack مي گردد .

2- produce next generation

الملنهاي رشته هايي توليدي رشته بعدي را توليد مي كند با استفاده از روش mutation كه اين روش بر اساس فرمول زير عمل مي كند :

عنصر اول در رشته X

تابع نرمال نویز گوس

براي كنترل اجراي EP كار مي كند و نويز اضافه شده به سيستم همان نسل جديد خواهد بود

3- CONSTRAINT CHECKING OF EVOLUTION

در اين مرحله نسل جديد توليد شده بوسيله اين پروسه چك مي گردد .

4- termination

پروسه بعد از چند مرحله توليد بار رسيدن به شرايط مطلوب متوقف مي گردد .

روش جديد براي هماهنگي رله هاي جريان زياد به كمك الگوريتم ژنتيك

خلاصه :

رله هاي اضافه جريان براي حفاظت سيستمهاي انتقال شعاعي و حلقوي و همچنين سيستمهاي توزيع بطور گسترده مورد استفاده قرار مي گيرند هماهنگي اين رله داراي مشكلاتي مي باشد هماهنگي بهينه رله هاي اضافه جريان از روشهاي برنامه ريزي خطي مانند سيملپكس، سيملپكس دو فاز و سيملپكس دوگان استفاده مي كند روش ديگر براي هماهنگي بهينه استفاده از روشهاي هوش مصنوعي مانند الگوريتم ژنتيك مي باشد در اين بخش از يك الگوريتم ژنتيك قوي براي اين كار استفاده شده است تابع هدف طوري اصلاح شده كه مشكلاتي مانند عدم هماهنگي و گسسته با پيوسته بودن تابع هدف را حل كرده است اين روش بر روي يك شبكه نمونه تست شده و نتايج آن بوضوح نشان مي دهد كه روش جديد كارا، دقيق، جامع و بهينه تر از روشهاي قبلي مي باشد .

1- مقدمه :

يك سيستم قدرت امروزي شامل رله هاي حفاظت مختلفي مي باشد كه براي تشخيص خطا مورد استفاده قرار مي گيرند براي اينكه يك سيستم قدرت عملكرد پايداري داشته باشد وانرژي مورد نياز مشتريان تامين شود يك سيستم حفاظتي با قابليت اطمينان بالا مورد نياز مي باشد از ميان روش هاي حفاظتي موجود جهت حفاظت خطوط حفاظت جريان زياد بخاطر ارزاني و سادگي آن بسيار متداول است .

هماهنگي رله هاي جريان زياد يك مسئله  مهم مي باشد هماهنگي به اين معني است كه توالي عملكرد رله ها براي هر موقعيت خطاي ممكن طوري تعيين شود كه محل خطا بدون تاخير اضافي از سيستم جدا شود رله هايي كه به درستي هماهنگ نشده اند باعث قطع خطوط غير لازم مي شوند كه تامين توان الكتريكي را دچار وقفه مي سازند .

براي انجام هماهنگي رله هاي اضافه جريان با استفاده از روشهاي متداول تلاشهاي بسياري در گذشته انجام شده است در مقالات روشهاي بهينه سازي مختلفي براي پيدا كردن تنظيم بهينه رله هاي اضافه جريان ارائه شده است .

در هماهنگي بهينه موارد زير مهم مي باشند :

روش بهينه سازي

تابع هدف

نوع شبكه (شعاعي يا بهم پيوسته )

مشخصه خطي يا غير خطي نسبت به TSM

TSM  پيوسته يا گسسته

به خاطر پيچيدگي روشهاي برنامه ريزي بهينه غير خطي هماهنگي بهينه رله هاي اضافه جريان معمولا با روش  برنامه ريزي خطي انجام مي گيرد كه شامل سيمپلكس ( 2) و (3) سيمپلكس دو فاز (4) و سيمپلكس دو گان (5) و بعضي روشهاي جديد مي باشداز آنجاييكه مسئله هماهنگي داراي چند نقطه مينيمم مي باشد روشهاي بهينه سازي عادي كه اساس رياضي دارند كارايي لازم را نخواهند داشت چون اين روشها بر اسسا يك حدس اوليه مي باشند و ممكن است در مينمم هاي محلي ير بيفتند (1) در روشهاي بهينه سازي اختلاف زماني عملكرد رله هاي اصلي و پشتيبان    بعنوان قيود در نظر گرفته مي شوند و پاسخها با در نظر گرفتن تابع هدف و قيود بدست مي آيند در مرجع (6) پاسخهاي بهينه با در نظر گرفتن قيود بدست مي آيد اشكال اين روش اين است كه با توجه به پيچيدگي مسئله بهينه سازي در شبكه هاي بهم پيوسته وقتي ناهماهنگي ذاتي وجود داشته باشد همگرا شدن مشكل يا غير ممكن مي باشد به عبارت ديگر اگر جفت رله هاي P/B  بخشي از يك سيستم قدرت بهم پيوسته باشد كه بعنوان مثال هماهنگ شدن يك يا چند جفت رله P/B مقدور نباشد پاسخ بهينه دچار اختلال خواهد شد .

روشهاي بهينه سازي هوشمند مانند الگوريتم ژنتيك مي توانند تنظيم رله ها را بدون محدوديتهاي ذكر شده نجام دهند در اين روش قيود بخشي از تابع هدف مي باشند در مرجع (7) روشي بر اساس مراجع (8) ، (9) ، (10) روش هماهنگي بهينه رله ها با استفاده از الگوريتم تكاملي ارائه شده است اين روشها دو مشكل اساسي دارند اولي مسئله عدم هماهنگي و دومي گسسته يا پيوسته بودن TSM توضيح جزييات مربوط به اين مسئله در بخش بعد آمده است .

در اين مقاله يك روش جديد بر اساس الگوريتم ژنتيك ارائه شده است كه مشكلات ذكر شده در آن حل شده است. 2- مروري بر الگوريتم

2-1 مقادير اوليه

الگوريتم ژنتيك مانند همه روشهاي بهينه سازي نياز به مقادير اوليه دارد كه مي تواند بصورت تصادفي انتخاب گردد تنظيم هاي زماني رله ها محصولات ما در حل مساله بهينه سازي هستند بنابراين تنظيم هاي زماني رله ها را به ترتيب شماره رله ها به عنوان ژن هاي كروموزوم ها در الگوريتم ژنتيك در نظر مي گيريم اين مقادير در حقيقت TSM رله ها مي باشند كه در يك كروموزم به ترتيبي كه گفته شد قرار گرفته اند در اين مرحله به تعداد جمعيت تعيين شده كروموزم هاي اوليه ساخت مي شوند تعداد جمعيت اندازه فضاي جستجوي ما را تعيين مي كند اندازه جمعيت بايد با توجه به طول كروموزم تعيين شود .

2-2 بهينه سازي

براي ارزيابي شايستگي يك رشته تنظيم زماني نياز به يك تابع هدف داريم كه هدف ما مينيمم كردن آن مي باشد در اين مرحله مقادير با توجه به تابع هدف ارزيابي مي گردند و كروموزم هايي كه شايستگي داشته باشند براي توليد كروموزم هاي جديد مورد استفاده قرار مي گيرند براي اينكه جواب در مينمم هاي محلي گير نيفتد در هر تكرار مرحله اي به نام جهش وجود دارد .

تعداد تكرارها براي اتمام كار در الگوريتم ژنتيك بايد تعيين گردد با افزايش تكرارها زمان حل افزايش مي يابد در عوض جواب ها بهبود مي يابند تعداد تكرارها با توجه به پيچيدگي سيستم و اندازه جمعيت انتخاب مي گردد .

3- بيان مسئله :

همانطور كه در بخش 3 گفته شد در هماهنگي رله هاي اضافه جريان دو مشكل وجود دار اول مسئله عدم هماهنگي دوم گسسته يا پيوسته در نظر گرفتن TSM

3-1 مسئله عدم هماهنگي

براي روشن كردن مسئله تا هماهنگي در روش هاي موجود رابطه تابع هاف با بعضي خلاصه سازيها بصورت زير نوشته مي شود .

T_i  زمان عملكرد رله I ام براي خطاي رفع شده جلوي C.B  مربوطه مي باشد

اختلاف زمان عملكرد بين هر دو جفت رله مي باشد كه از فرمول زير بدست مي آيد :

بطوريكه :

T_Mو T_B زمان عملكرد رله اصلي و پشتيبان براي خطاي رفع تشده جلوي C.B رله اصلي مي باشد

CTI فاصله زماني هماهنگي  مي باشد و 4/0 در نظر گرفته شده است .

ضریب وزنی برای کنترل  می باشد .

ضریب وزنی برای کنترل

از رابطه 1 می توان دید که اگر  منفی باشد به این معنی است که ناهماهنگی بین رله اصلی و پشتیبانی وجود دارد برای روشن کردن این موضوع شکل 1 با سه وله (R 1 , R2 , R3 ) نشان داده شده است .

برای توضیح مسئله عدم هماهنگی دو حالت مختلف بصورت زیر در نظر گرفته می شود :

( حالت 1

( حالت 2

و  از معادله 2 به ترتیب برای جفت رله های(1و 2) و (2و 3) به دست می آیند .

فرض می شود که مقادیر تابع (0.8 و 0.7(  از معادله 1 برای مقادیر  و  داده شده بدست آمده باشد روشهای موجود که از رابطه 1 به عنوان تابع هدف استفاده می کنند حالت اول را به عنوان مقدار بهینه نسبت به دومی انتخاب می کنند کام با یک نگاه دقیقتر حالت 2 باید انتخاب شود اگر حالت اول انتخاب شود به علت منفی بودن ناهماهنگی بین رله های 1 و 2 وجود خواهد داشت بنابراین معادله 1 باید طوری اصلاح شود که این مسئله در نظر گرفته شود جزئیات این روش در بخش 3 توضیح داده شده است .

3-2) در نظر گرفتن TSM در مقالات موجود بصوت زیر می باشد :

الف ) برای روشهای  با STM  پیوسته (8) ، (9) ، (10) پاسخ هماهنگی بهینه رله ها بدست می آید که برای رله های با  TSM پیوسته مناسب می باشد اما اگر TSM رله ها گسسته باشد جوابهای بدست آمده از برنامه هماهنگی به پله بالا گرد می شود این روش هماهنگی دقیق نمی باشد چون با گرد کردن ممکن است جوابهای بهینه به هم بخورد مثلا اگر زمان عملکرد رله اصلی در اثر گرد کردن بیشتر از زمان عملکرد رله پشتیبان افزایش یابد فاصله زمانی لازم برای هماهنگی از بین می رود .

روشهایی که جوابهای TSM آنها بطور مستقیم گشته می باشند برای رله هایی که TSM پیوسته دارند نمی توانند مورد استفاده قرار بگیرد در روش ارائه شده در مرجع (7) جوابهای TSM بطور ذاتی گسسته می باشند به عبارت دیگر مقادیر TSM بصورت کدهای باینری می باشند و این جوابها برای رله های با TSM پیوسته جواب بهینه نمی باشند .

برای حل کردن مشکلات ذکر شده در بالا روش جدیدی بر اساس الگوریتم ژنتیک برای مسئله هماهنگی رله ها ارائه شده است که در بخش 5 بطور کامل شرح داده شده است .

4) فرمولاسیون مسئله

4-1) تنظیم جریانی رله ها

تنظیم جریانی با PS رله های اضافه جیان از 50 تا 200% با پله های 25% در نظر گرفته شده است .

برای پیدا کردن PS رله ها ابتدا I_b از رابطه زیر بدست آمده سپس ps محاسبه می شود :

بطوریکه :

I_b  جریان رله در طرف اولیه C.T  می باشد

I_L جریان بار می باشد

CT جریان نامی اولیه CT می باشد

ابتدا از رابطه 3 I_B محاسبه می شود سپس PS از رابطه 3 محاسبه می شود مقدار بدست آمده برای PS به مقدار گسسته نزدیک گرد می گردد در نهایت با استفاده از رابطه 3 مقدار IB محاسبه می گردد . IB برای هر رله بین کاکزیمم جریان بار و مینیمم جریان خطا قرار می گیرد . (11) .

4-2) مشخصات رله اضافه جریان

برای پیدا کردن زمان عملکرد رله متداولترین فرمول برای تخمین مشخصه رله که بصورت زیر می باشد مورد استفاده قرار می گیرد .

بطوریکه :

M نسبت جریان رله به جریان تنظیم می باشد

ضرایب متغیر می باشند که مقادیر آنها نوع رله شبیه سازی شده را تعیین می کند .

5) روش جدید

فلوچارت روش جدید بصورت شکل زیر می باشد .

همانطور که از شکل 2 مشاهده می شود مرحله سوم تابع هدف می باشد و امتیاز روش جدید در تابع هدف و همچنین در نظر گرفتن هر دو TSM گسسته و پیوسته می باشد که در بخشهای زیر توضیح داده شده اند .

5-1) تابع هدف

در این مقاله تابع هدف در رابطه زیر با رابطه 1 جایگزین می گردد :

که در آن

یک ثابت جدید برای در نظر گرفتن ناهماهنگی می باشد

مانند بخش 3 تعریف می گردند .

همانطور که مشاهده می شود  (رابطه 1) در رابطه جدید  تبدیل می شود .

و  با قرار دادن خطا مقابل CB مربوط به رله اصلی برای هر جفت رله P/B بدست می آید .

برای توضیح دادن اثر این عبارت جدید ابتدا در نظر بگیرید  مثبت باشد عبارت مزبور

واضح است که به ازای  مثبت مقدا معادله 6 بزرگتر از حالت قبل می شود که این حالت با توجه به اینکه الگوریتم ژنتیک مقادیری را انتخاب می کند که تابع به ازای آنها کوچکتر باشد در تکرارها حذف می گردد .

به عبارت دیگر الگوریتم ژنتیک در مرحله ارزیابی مناسب بودن هر کروموزم را ارزیابی می کند هر قدر تابع هدف ارزیابی شده مقدارش کوچکتر باشد کروموزم مربوطه که مجموعه ای از TSM هاست بهتر می باشد بنابراین مجموعه TSM  هایی که به ازای آنها ناهماهنگی دایم تابع هدف بزرگی بوجود می اورند و بنابراین انتخاب نمی گردند به این ترتیب نتایج بدست آمده دارای ناهماهنگی نخواهد بود مگر این که ناهنماهنگی از نوع ذاتی باشد یعنی ناهماهنگی که ترکیب شبکه به سیستم حفاظتی تحمیل می کند و راهی برای حذف آن وجود ندارد .

5-2- گسسته یا پیوسته بودن TSM

در این مقاله روشی ارائه می شود که هر دو حالت گسسته  و پیوسته را پوشش می دهد این روش در زیر توضیح داده می شود .

روشهای بهینه سازی و از جمله الگوریتم ژنتیک با انجام تکرارهایی جواب بهینه را پیدا می کنند در روش جدیدی TSM رله ها بصورت پیوسته در نظر گرفته شده و جوابها برای رله های با TSM پیوسته مستقیما می تواند مورد استفاده قرار گیرد ولی در مورد رله های با TSM گسسته همانطور که فلوچارت الگوریتم دیده می شود در هر تکرار قبل از مرحله ارزیابی TSM های بدست آمده به مقدار پله بالا در رله گردد به این ترتیب مقدار بهینه تابع هدف به ازای TSM های گسسته بدست می آید و جوابهای بدست آمده برای رله های یا TSM گسسته مناسب می باشند

6) نتایج تست

6-1) اطلاعات شبکه

برای بررسی روش ارائه شده یک شبکه نمونه در شکل 3 نشان داده شده که شامل 8 خطه 8 باس و 1 ترانسفور ماتور می باشد.

ضرایب وزنی رله ها بصورت زیر میباشد:

6-2 )اطلاعات الگوریتم ژنتیک:

6-3) بررسی نتایج

با استفاده از الگوریتم ژ نتیک برای مقادی مختلف پارمتر ها نتایج خروجی برای TSM رله ها بدست آمده است برای مقایسه نتایج علاوه بر TSM ها زمان عملکرد رله ها نیز در جدول 9 نشان داده شده است .

حالت 1 و حالت 2 مربوط به روش جدید با تابع هدف اصلاح شده می باشند روش 3 مربوط به روش هماهنگی رله های جریان زیاد با استفاده از الگوریتم ژنتیک می باشد که مانند مقالات قبلی با تابع هدف قدیمی انجام شده است در حالت 4 از تابع هدف جدید استفاده شده است اما مانند روشهای متداول TSM ها پیوسته در نظر گرفته شده اند و در نهایت جوابها گسسته سازی شده اند .

از حالت 1 (ستون دوم ) در جدول 6 می توان دید که

مقادیر TSM بدست آمده تا حد امکان کوچک می باشند همچنین همه آنها در محدود 0.05 تا 1 قرار دارند .

همه مقادیر  کوچک و مثبت می باشند بزرگترین مقدار  0.1835 می باشد  این به این معنی است که تنظیم رله ها بسیار دقیق و مناسب بوده و هیچگونه ناهماهنگی ندارد .

حالت 2 (ستون سوم ) خروجیها در جدول 6 با افزایش  و  در حقیقت به زمان عملکرد رله هاوزن بیشتر و به  وزن کمتر می دهد در  این حالت انتظار می ورد زمان عملکرد رله ها کاهش یابد اگر چه بعضی TSM ها همان مقادیر حالت اول را دارند اما زمان عملکرد بعضی رله ها کاهش یافه است در عوض سه عدد ناهماهنگی بوجود آمده است این به این معنی است که اهمیت زمان عملکرد رله ها  در این حالت بیشتر است .

در حالت 3 (ستون چهارم)  صفر در نظر گرفته شده  که تابع هدف به شکل رابطه قدیمی  در می آید در این حالت همنطور که مشاهده می گردد 4 عدد ناهماهنگی وجود دارد .

در حالت 4 (ستون پنجم ) که از تابع هدف جدید استفاده شده اما گسسته سازی TSM ها مانند روشهای قدیمی بعد از اجرای الگوریتم ژنتیک انجام گرفته 2 عدد ناهماهنگی مشاهده می شود پس برای اینکه عدم هماهنگی نداشته باشیم هم از تابع هدف جدید و هم روش گسسته سازی جدید باید استفاده کنیم .

از خروجی شبیه سازیها می توان نتیجه گرفت که حالت 1 با در نظر گرفتن تابع هدف جدید و روش پیشنهاد شده برای رله های با TSM گسسته و همچنین با استفاده از پارامترهای مناسب روش کارآمدی بوده و بهترین جوابها را بدون وجود ناهماهنگی برای  تنظیم TSM رله ها داده است.