چکیده:
خسارات ناشی از خطا و خرابی در تجهیزات مهم شبکه

نظیر کابلها فقط منحصر به تعمیر و بازیابی آنها نیست . بلکه قطع سرویس در مدت تعمیرات تا بازگشت مجدد آنها به سرویس خسارات به مراتب سنگینتری را به شبکه تحمیل میکند. لذا بررسی و یافتن علل و عواملی که منجر به حوادث و خسارت به این تجهیزات میشوند ضروری است. در این مقاله علل آسیب دیدن سرکابلهای ۲۰ کیلوولت یک مجتمع صنعتی بررسی شده است. کلیه اجزای شبکه برق این مجتمع توسط نرم افزارهای EMTP و DIgSILENT مدل شده و مطالعات گذرا جهت بررسی علل سرکابل زنی انجام شدند. به منظور صحت سنجی نتایج شبیه سازی، پارامترهای کیفیت توان با استفاده از دستگاههای آنالایزر در نقاط مختلف شبکه اندازه گیری شدند که گذراهای ثبت شده حاکی از دقت شبیهسازیها هستند. سپس راهکارهای اصلاحی برای اصلاح پاسخ فرکانسی سیستم و کاهش دامنه رزونانسهای موازی و حذف گذراها ارائه می گردد. اجرای راهکارها موجب کاهش مؤثردامنه گذراها و افزایش نرخ تغییرات ولتاژ ( (dv/dt درکلیه پستهای برق این مجتمع می شود.

واژههای کلیدی — اضافه ولتاژهای گذرا، سیستمهای کابلی، سرکابل زنی، پاسخ فرکانسی، کیفیت توان، رزونانس

.۱ مقدمه

کابلها یکی از اجزای اصلی و پر کاربرد در شبکههای برق صنعتی

هستند. با توجه به کاربرد گسترده کابلها در شبکه های قدرت، عیب یابی و نگهداری آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برداشتن عایق انتهای کابل جهت سرکابل زنی و اتصال به باس یا تجهیزات دیگر، باعث ایجاد گرادیان شدید ولتاژ در این نقطه از کابل میشود که یک نقطه ضعیف به حساب می آید و در صورت وقوع اضافه ولتاژ گذرا اولین نقاطی که آسیب می بینند

این نقاط ضعیف هستند. سرکابلها در شبکههای قدرت یکی از نقاط حساس از دیدگاه قابلیت اطمینان محسوب میشوند. مطالعات فراوانی در مورد نحوه ساخت و نصب سرکابل، سرویس و نگهداری و بررسی وضعیت حین کار سرکابل انجام شده است. خروج یک کابل هرچند برای مدت کوتاه، میتواند منجر به کاهش تولید و خسارت فراوان شود. به منظور پیشگریی از هرگونه خرابی یا بروز وضعیت غیرعادی در کابل عواملی که باعث ضعف سرکابل میشوند باید به دقت مورد بررسی قرار گیرند. از جمله عوامل خرابی سرکابلها می توان به ضعف در طراحی و ساخت، عملکرد در شرایط نامطلوب محیطی، اضافه جریان در لحظات فالت ، اجرای نامناسب و غیر استاندارد سرکابل و پیری عایق سرکابل در اثر وقوع مکرر گذراهای ولتاژ اشاره کرد.

پدیدههای گذرای الکتریکی در نتیجه تغییرات آنی در مدار ا یجاد
میشوند. باز و بسته شدن کلیدها و یا بروز خطا، از مهمتر ین عوامل

پدیده های گذرا در س یستم قدرت هستند. در مقایسه با عملکرد سیستم درحالت ماندگار، حالت های گذرا بسیار سریع رخ می دهند و مدت زمان بسیار کمی دارند.

در لحظات کلیدزنی، انرژی می تواند از یک حالت به حالت دیگر تغییر

بررسی علل سرکابل زنی در یک شبکه برق صنعتی و مقایسه راهکارهای اصلاحی برای آن

بیست و نهمین کنفرانس بینالمللی برق ۱۳۹۳ – تهران، ایران

کرده و این تغییر ناگهانی در قالب اضافه ولتاژ یا جریان ایجاد میشود .[۱] از سوی دیگر در برخی از شبکه ها انرژی بطور پیوسته از حالت مغناطیسی به الکتریکی و بلعکس تبدیل میشود که به این پدیده رزونانس در سیستم گفته میشود .[۲]

از نقطه نظر الکتریکی، شباهت زیادی بین کابلها و بانک خازنی وجود دارد. برقدار کردن یک کابل دارای اثرات مشابه برقدار کردن بانک خازنی است. برقدار کردن بانک خازن ی موازی باعث ا یجاد جر یانهای لحظه ای میشود که دامنه و فرکانس آنها به ولتاژ لحظه وصل و مشخصات شبکه بالادست بستگی دارد .[۳-۵] خازن کابل بطور یکنواخت در طول آن پخش شده است. بنابراین به خاطر امپدانس سر ی کابلها و خازن پخش شده در طول آن، جر یان هجومی برقدار کردن کابلها به بزرگ ی بانکهای خازنی نیست .[۶] با ا ین حال، جر یان هجومی برقدار کردن کابل ن زی ممکن است برای مدار شکن و سرکابلها خطرناک باشد .[۷]

شبهیسازی و بررسی حالات گذرا در سیستمهای قدرت جز با ارائه یک مدل دقیق از شبکه امکان پذ ری نیست. در این مقاله یک شبکه الکتریکی صنعتی که در آن تمام فیدرهای فشار متوسط به صورت کابلی هستند، بطور دقیق در نرم افزارهای EMTP و DIGSILENT مدلسازی شده است و مطالعات اتصال کوتاه و مطالعات گذرا انجام شدند. برای اطمینان از دقت مناسب مدلسازی برای انجام مطالعات گذرا، چندین سناریوی کلیدزنی اجرا شده و گذراهای ولتاژ در لحظات کلیدزنی در پستهای مختلف اندازه گیری و ثبت شدند. نتایج شبیه سازی سناریوهای مذکور حاکی از صحت و دقت مناسب مدلسازی بودند. پس از ریشه یابی گذراها، راهکارهای اصلاحی مختلف در شبیه سازی چک شده و در نهایت راهکار بهینه از نظر فنی و اقتصادی ارائه می گردد. شبکه مورد مطالعه

شبکه برق صنعتی مورد مطالعه یک شبکه جزرهی ای و مستقل از شبکه برق سراسری است که توسط پنج ژنراتور محلی تغذ هی می گردد. از نرمافزار DIgSILENT برای انجام شبهیسازیها و مطالعات مورد نیاز در شبکه مورد مطالعه استفاده شده است. ا ین انتخاب نرم افزار، با توجه به امکانات متعدد این نرمافزار اعم از امکان دریافت اطلاعات کامل تجهیزات، مدل بار، دریافت منحنی بار، انجام مطالعات پخش بار- اتصال کوتاه- پخش بار هارمونیکی و گذراها و امکان برنامه نویسی در این نرم افزار به کمک زبان برنامه نویسی آن (DPL) و وجود قابلیت برنامهنویسی با زبان شبهیسازی این نرم افزار (DSL) صورت گرفته است. همچنین استفاده از نرمافزار EMTP به دلیل وجود مدل وابسته به فرکانس کابل ها و امکان تحلیل گذراهای کلیدزنی کابل می باشد .

شبکه صنعتی مورد مطالعه دارا ی پنج سطح ولتاژ ۰/۴، ۶، ۱۰ و ۲۰ کیلوولت است که در این بین سطح ۱۰ کیلوولت مربوط به باس ژنراتورهای این شبکه است. مجموعاً بیش از ۳۱۹ عدد فیدر کابلی در این شبکه برق وجود دارد که بعضاً در بین آنها کابلهای چند رشته نزی وجود دارد. مجموع طول کابلها بیش از ۵۱ کیلومتر می باشد. همچنین تعداد ۱۲۰ عدد ترانسفورماتور با ظرفیت های مختلف در ا ین شبکه نصب شده است. تعداد نقاط مصرف عمده در این شبکه ۴۱ نقطه است که شامل باسهای ۴۰۰ ولت و ۶ کیلوولت اصلی می شود. موتورهای اصلی این مجموعه با قدرت نام ی ۱۵۰ کیلووات تا ۲۵۰۰ کیلووات در سطح ولتاژ ۶ کیلوولت وجود دارند. اتصال کلیه ترانسفورمرها در سمت ۲۰ کیلوولت مثلث می باشد لذا دو راکتور با اتصال ز یگزاگ در پست اصلی شبکه جهت ایجاد مسری جر یان اتصال کوتاه تکفاز به زمین نصب شده است. دیاگرام تک خطی این شبکه در محیط نرمافزارهای DIgSILENT و EMTP به ترتیب در شکلهای ۱ و ۲

مشاهده می شود.

شکل :۱ دیاگرام تک خطی شبکه مورد مطالعه، در برنامه DIgSILENT

شکل :۲ دیاگرام تک خطی شبکه مورد مطالعه، در برنامه EMTP

.۲ اندازه گیری کیفیت توان در شبکه مورد

۲

بررسی علل سرکابل زنی در یک شبکه برق صنعتی و مقایسه راهکارهای اصلاحی برای آن
بیست و نهمین کنفرانس بینالمللی برق ۱۳۹۳ – تهران، ایران

مطالعه

به منظور بررسی وضعیت پارامترهای کیفیت توان، ۲۵ نقطه از شبکه برق تحت مطالعه با استفاده از دستگاههای اندازهگیری کیفیت توان Unipower با کلاس دقت A مطابق استاندارد IEC61000-4-30 مورد اندازهگیری قرار گرفت. ۱۸ اندازهگیری در سطح ولتاژ ۲۰ کیلوولت، ۵ اندازهگیری در سطح ولتاژ ۶ کیلوولت و ۲ اندازهگیری در سطح ولتاژ ۰/۴ کیلوولت انجام شد. انتخاب نقاط اندازهگیری بر اساس نوع بارهای هر پست و پاسخ فرکانسی در هر پست صورت گرفت.

خلاصه نتایج اندازهگیری کیفیت توان اعم از اعوجاج کلی هارمونیکهای ولتاژ ( (THD، اعوجاج کلی هارمونیکهای جریان ( (TDD، عدم تعادل ولتاژ، فلیکر کوتاه مدت (Pst) و فلیکر بلند مدت (Plt) در نقاط اندازهگیری شده در سطح ولتاژ ۲۰ کیلوولت در شکلهای ۳ الی ۷ نشان داده شده است. در شکلهای مذکور مقادیر اندازهگیری شده پارامترهای مختلف، نسبت به مقدار مجاز آنها که در استاندارد نرمالیزه شدهاند. لذا در شکلها، مقدار “۱” بیانگر حد مجاز استاندارد پارامتر مربوطه نسبت به مقدار بیان شده در استاندارد است. با توجه به نتایج اندازهگیریها و مقایسه با سطوح مجاز استاندارد، از نظر پارامترهای کیفیت توان به غیر از گذراها، دیگر پارامترها در حد مجاز استاندارد می باشند.

شکل :۳ مقادیر cp95% پریونیت شده THD ولتاژ در سطح ۲۰ کیلوولت

شکل :۴ مقادیر cp95% پریونیت شده TDD جریان در سطح ۲۰ کیلوولت

شکل :۵ مقادیر cp95% پریونیت شده عدم تعادل ولتاژ در سطح ۲۰ کیلوولت

شکل :۶ مقادیر cp95% پریونیت شده Pst ولتاژ در سطح ۲۰ کیلوولت

شکل :۷ مقادیر cp95% پریونیت شده Plt ولتاژ در سطح ۲۰ کیلوولت

لازم به توضیح است که هارمونیکهای ولتاژ و جریان تا مرتبه ۵۰ مورد اندازهگیری قرار گرفتهاند و کلیه هارمونیکهای ولتاژ و جریان در محدوده مجاز استاندارد می باشند