انواع اضافه ولتاژ در سیستم های قدرت
انواع اضافه ولتاژ در سیستم‌های قدرت عبارتند از:
۱ – اضافه ولتاژهای موقت: (Tran Siant)
این اضافه ولتاژ‌ها دارای فرکانس ۵۰ هرتز و زمان سوارشدن این موج برروی موج اصلی حدود میلی ثانیه است. پس در این حالت چونکه مدت زمان این حالت گذرا بسیار زیاد می‌باشد از لحاظ انتخاب دستگاههای حفاظتی بسیار مهم می‌باشد. در طراحی کلیدهای قدرت وبرقگیر و خازن‌های برقگیر حالت Transiant به دلیل زمان زیادش مد نظر می‌باشد. برای بررسی بیشتر می‌توانیم بگوئیم که این نوع پدیده از تخلیه الکتریکی جوی روی خطوط انتقال و قطع و وصلهای سریعی که معمولا در شبکه ایجاد می‌گردد ناشی می‌شود.
این حالتهای گذرا سرشتی کاملا الکتریکی دارند و تن‌ها در خطوط انتقال سیستم‌های قدرت دیده می‌شوند. از نظر فیزیکی اختلالی از این نوع منجر به یک سری موج الکترومغناطیسی می‌شود که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در طول خطوط منتشر می‌شود و موجب افزایش دامنه امواج برگشتی در پایانه‌های خط می‌گردد. که بعد از چند رفت و برگشت در طول خط در طی چند ثانیه به دلیل تلفات موجود در خطوط، این امواج تضعیف می‌شوند و پس ازچند رفت و برگشت این امواج میرا می‌گردند یعنی از بین می‌روند.
اندوکتانس بزرگ ترانسفورماتور‌ها در اغلب مواقع به طور موثری مانع از ورود این اختلالات به سیم پیچهای ژنراتور می‌شود ولی برگشت این اختلالات موجب تولید موجهای با دامنه ولتاژ زیاد می‌شود ولی برگشت از این اختلالات موجب تولید موجهای با دامنه ولتاژ زیاد می‌شود که قادر است عایق تجهیزات فشار قوی را لطمه بزند. بارهای الکتریکی گذرا می‌توانند از طریق برقگیر‌ها به زمینه انتقال یابد. ولی اگر عایق تجهیزات یا خطوط آسیب ببینند این امواج گذرا منجر به حالتهای گذرای جدیدی از نوع کند می‌شوند.
۲ – اضافه ولتاژهای ناشی از کلید زنی (Fast Transiant)
این اضافه ولتاژ‌ها ناشی از قطع ووصل کلید‌ها می‌باشد که فرکانسی در حدود ۵۰ هرتز تا ۲۰ کلیوهرتز می‌باشد که مدت زمان اثر این امواج گذرای سریع در حدود میکروثانیه است.
۳ – اضافه ولتاژهای صاعقه (Fast Transiant)
اضافه ولتاژهای تخلیه جوی دارای فرکانس بالایی هستند این فرکانس در حدود ۱۰ کیلوهرتز تا ۳ مگاهرتز می‌باشند و مدت زمان گذر این موج در حدود نانوثانیه است.
۴ -اضافه ولتاژهای مربوط به پست (Very Fast Transiant GIS)
این اضافه ولتاژ‌ها مربوط به پستهای (SF۶) می‌باشند و دارای فرکانسی در حدود ۱۰۰ کیلو هرتز تا ۵ مگاهرتز و مدت زمان اثر این موج نانوثانیه می‌شود. دسته بندی حالتهای گذرا حالتهای گذرا را در قبل بر اساس فرکانس و زمان اثر آن‌ها برشمردیم حال به بررسی این پدیده‌ها و علل و بروز آن‌ها و سرعت آن‌ها می‌پردازیم.
الف) حالتهای گذرا فوق سریع – (پدیده موج) این نوع پدیده‌های گذرا از تخلیه الکتریکی جوی روی خطوط انتقال و قطع و وصلهای سریع که معمولا در شبکه ایجاد می‌گیرد ناشی می‌شود. این حالتهای گذرا سرشتی کاملا الکتریکی دارند و تن‌ها در خطوط انتقال دیده می‌شوند.
از نظر فیزیکی اختلال از این نوع منجر به یک موج الکترومغناطیسی می‌شود که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در طول خطوط منتشر می‌شود و موجب افزایش دامنه امواج برگشتی در پایانه‌های خط می‌گردد که بعد از چند رفت و برگشت در طول خط در طی چند ثانیه به دلیل تلفات موجود در خطوط این امواج به صورتی تضعیف می‌شوند و پس از چند رفت و برگشت از بین می‌روند. این حالتهای گذرا باعث صدمه رساندن به عایقهای ترانس‌ها و ژنراتورهای سنکرون و عایق خطوط و همچنین موتورهای سنکرون می‌گردند که پس از صدمه رساندن به عایق ومقره‌ها باعث می‌گردند که اتصال کوتاهی یا حالت گذرا خطایی در آن نقطه بوجود بیاید. که در تست عایقی انواع مقاومت در مقابل اضافه ولتاژ‌ها و همچنین اتصال کوتاه‌ها و صاعقه‌ها در آزمایشگاه فشار قوی این موارد مورد بررسی کافی قرار می‌گیرند که برای جلوگیری و یا حتی عدم بروز جنین حالت گذرایی منجر به طراحی مقره‌ها و یا حتی منجر به طراحی فاصله هوایی مناسب و طراحی و ساخت عایقهایی که قدرت تحمل ولتاژهای گذرا را داشته باشند و حتی در مواردی هم که بتوانیم صدمه زدن ولتاژهای گذرا به تجهیزات جلوگیری کنیم.
برقگیرهایی را با توجه به امواج گذرای آن طراحی می‌کنیم. که برای محافظت از تجهیزاتی مثل ترانس و ژنراتور در کلیدهای قدرت آن‌ها برقگیرهایی مناسب نصب می‌کنند تا بارهای الکتریکی گذرا از این طریق به زمین انتقال پیدا کند که همانطور که دیدیم این قسمت از حالتهای گذرا مبنایی برای انتخاب سطح عایق بندی و تجهیزات خط خواهد بود.
ب) حالتهای گذرای نیمه سریع «پدیده اتصال کوتاه» تعداد زیادی اتصال کوتاه که در خطوط انتقال بدون حفاظ روی می‌دهند ناشی از شکست الکتریکی عایق‌ها براثر موجهای تولید شده می‌باشند؛ و یا خرابی در مقره‌ها و عواملی مثل باران و برف و یخ زدگی مقره‌ها و همچنین برخورد اجسام خارجی با خطوط و سایر عوامل مکانیکی دیگر باعث چنین پدیده‌ای می‌گردد. بدین منظور است که در سیستم ما انواع و اقسام اتصال کوتاههای خطوط اتفاق می‌افتد که به بررسی انواع اتصال کوتاه‌ها می‌پردازیم.
- اتصال کوتاه براثر برخورد سه فاز به یکدیگر بوجود می‌آید. اتصال سه فاز ممکن است مستقیما و با امپدانس صفرصورت گیرد و یا از طریق سه آمپدانس مساوی Zf بین هر فاز و نقطه صفر (زمین)بوقوع بپیوندد.
- اتصال کوتاه دوفاز به همدیگر در این صورت باید دو وضعیت مورد بررسی قرار گیرد. در حالت اول دوفاز فقط به یکدیگر وصل می‌شوند. ودر حالت دوم دوفاز همزمان به زمین نیز متصل می‌گردند.
- اتصال کوتاه یک فاز به زمین:در حالتی است که فقط برای یک فاز حطا اتفاق بیافتد و دو فاز دیگر سالم هستند.
- از هم گسیختگی و یا پارگی هادیهای خط انتقال اغلب اتصال کوتاه‌ها در سیستم‌های قدرت بیش از ۷۵ % از نوع اتصال کوتاه یک فاز به زمین می‌باشد که معمولا براثر شکست الکتریکی و ایجاد جرقه روی مقره‌ها پدید می‌آیند.
احتمال وقوع اتصال کوتاه دوفاز نیز بیشتر از اتصال کوتاه متقارن می‌باشد. گرچه احتمال وقوع اتصال کوتاه متقارن بسیار کم (حدود ۵ %) می‌باشد لیکن بسیاری از محاسبات کلاسیک سیستم‌ها نظیر انتخاب کلیدهای قدرت بررسی پایداری گذرا و حفاظت از سیستم‌های قدرت برمبنای جریانهای اتصال کوتاه متقارن بنا شده اند. ظرفیت انتقال قدرت یک خط انتقال براثر اتصال کوتاه متقارن به صفر می‌رسد در حالیکه در اتصال کوتاههای نامتقارن قسمتی از قدرت قبلی خط منتقل می‌گردد. علاوه برکاهش ظرفیت انتقال قدرت، جریانهای زیاد اتصال کوتاه میتواند به وسائل و تجهیزات سیستم آسیب برساند و لذا محل‌های اتصال کوتاه شده در اسرع وقت باید از سیستم قدرت جدا شوند.
بنابر این مطالعه سیستم قدرت در شرایط اتصال کوتاه برای حفاظت سیستم و تعیین مقادیر نامی کلیدهای قدرت در رله‌ها و وسایل حفاظتی و برق گیر‌ها کاملا ضروری می‌باشد. بسیاری از اتصال کوتاه‌ها موقتی بود و بخودی خود برطرف می‌گردند. بهمین منظور در عمل در بعضی نقاط سیستم از کلیدهای وصل مجدد استفاده می‌گردد. این کلید‌ها پس از وقوع اتصال کوتاه یک یا دوبار و یا بیشتر وصل می‌شوند تا از برطرف شدن اتصال کوتاه مطمئن شونداگر پس از یک، دو یا چند باروصل مجدد هنوز اتصال کوتاه برقرار باشد کلید به طور دائمی بازخواهند ماند. زمان کلی عمل این کلید‌ها ممکن است تا یک ثانیه نیز بطول انجامد. اتصال کوتاه متقارن باعث می‌شود تا ظرفیت انتقال توان یک خط به سرعت صفر برسد، اتصال کوتاههای دوفاز باهم و زمین تکفاز بازمین باعث از کارافتادن خط خواهد شد. اتصال کوتاههایی که در سیستم روی می‌دهند نه تن‌ها باعث قطع کامل شارژ انرژی، باعث افزایش انرژی در بخشهایی از سیستم می‌شوند. بلکه دامنه خودآن‌ها ممکن است به مراتب بیشتر از جریان نامی ژنراتور‌ها و ترانسفورماتورهای سیستم باشد. که تداوم شارژ چنین جریانهایی باعث بالارفتن دمای تجهیزات و آسیب رساندن به سیستم قدرت وتجهیزات و ژنراتور‌ها می‌باشد.
ج) حالتهای گذرای کند (پایداری در شرایط گذرا) یک اتصال کوتاه باعث فروپاشی ولتاژهای باس سیستم است. با کاهش ناگهانی ولتاژهای ژنراتور توان خروجی آن بی آن نیز به سرعت کاهش می‌یابد. چون در لحظاتی پیش از آنکه کنترل کننده‌های مکانیکی توربین وارد عمل شوند. توان ورودی به ژنراتور ثابت میماند. در نتیجه هر کدام از ژنراتور‌ها در معرض یک گشتاور شتاب دهنده واقع می‌شوند که در صورت تداوم میتواند به خطرناک‌ترین حالتهای گذاری یک سیستم قدرت یعنی نوسانات مکانیکی روتور ماشین سنکرون منجر می‌شود (SSR) که چنین اتفاقی باعث خاموشی بخشی از سیستم قدرت یا تمامی آن می‌شود.
منبع: برق نیوز
