تحقیق بررسی شبکه توزیع و انتقال برق تا مصرف در 68 صفحه ورد قابل ویرایش

فهرست مطالب

شبکه قدرت از تولید تا مصرف............................................................................. 1

محدودیت تولید.................................................................................................. 1

انتقال قدرت ..................................................................................................... 1

توزیع و مصرف قدرت........................................................................................ 1

آرایش ترانسفورماتورهای قدرت .......................................................................... 2

اجزاء یک پست انتقال یا فوق توزیع .................................................................... 2

ضرورت اتصال به زمین – ترانس نوتر .................................................................. 2

تانک رزیستانس ................................................................................................. 3

ضرورت برقراری حفاظت ................................................................................... 3

انواع سیستمهای اورکارنتی ................................................................................... 4

سیستم حفاظت اورکارنتی فاز به زمین .................................................................. 4

حفاظت باقیمانده یا رزیجوآل ............................................................................... 5

هماهنگ کردن رله های جریانی زمان ثابت ........................................................... 5

اشکال رله های با زمان ثابت ................................................................................ 5

رله های اورکانت زمان معکوس ........................................................................... 6

انواع رله های جریانی با زمان معکوس و موارد استفاده هر یک ............................... 6

کاربرد رله های جریانی ....................................................................................... 7

رله های ولتاژی .................................................................................................. 7

حفاظت فیدر خازن ............................................................................................. 7

رله اتومات برای قطع و وصل بنکهای خازنی ........................................................ 8

حفاظت فیدر کوپلاژ 20 کیلوولت ....................................................................... 9

حفاظت فیدر ترانس 20 کیلوولت ....................................................................... 9

حفاظت جهتی جریان ......................................................................................... 9

حفاظت R.E.F .................................................................................................... 10

رله های نوترال ................................................................................................... 10

حفاظت ترانسفورماتور قدرت ............................................................................. 10

رله بوخهلتس ..................................................................................................... 11

رله های ترمیک یا کنترل کننده درجه حرارت ترانس .............................................. 12

رله دیفرنسیال ..................................................................................................... 13

چند نکته در رابطه با رله دیفرنسیال ...................................................................... 16

رله دیفرنسیل با بالانس ولتاژی ............................................................................ 17

رله بدنه ترانس ................................................................................................... 17

حفاظت جریانی برای ترانسفورماتور ..................................................................... 18

رله های رگولاتور ولتاژ ....................................................................................... 18

رله اضافه شار .................................................................................................... 20

حفاظت باسبار .................................................................................................... 21

نوع اتصالی های باسبار ....................................................................................... 22

خصوصیات حفاظت باسبار .................................................................................. 22

انواع حفاظت باسبار ............................................................................................ 22

حفاظت خط ...................................................................................................... 23

نکاتی در خصوص رله های دیستانس .................................................................. 25

نوسان قدرت و حفاظت رله دیستانس در مقابل آن ................................................ 27

رله دوباره وصل کن ........................................................................................... 29

کاربرد رله دوباره وصل کن ................................................................................. 31

ضد تکرار .......................................................................................................... 32

رله واتمتریک ..................................................................................................... 33

رله مؤلفه منفی .................................................................................................... 36

سنکرون کردن .................................................................................................... 39

رله سنکرون چک ............................................................................................... 41

رله سنکرونایزینگ ( سنکرون کننده ژنراتورها ) ..................................................... 43

رله فرکانسی – رله حذف بار ............................................................................... 44

سیستم اینتریپ و اینترلاک ................................................................................... 46










شبکه قدرت از تولید تا مصرف

یک شبکه قدرت از نقطه تولید تا مصرف،شامل اجزاء و مراتبی است که ژنراتور را بعنوان مولد و ترانسهاو خطوط انتقال را بعنوان مبدل و واسطه در بر می‌گیرد .

محدودیت تولید :

ژنراتورها معمولاً” جریانهای بزرگ را تولید میکنند اما به لحاظ ولتاژ محدودیت دارند،زیرا عایق بندی شینه ها حجم و وزن زیادی ایجاد می‌کند و به همین لحاظ ژنراتورها در نورم های ولتاژی 6،11،21 و حداکثر 33 کیلو ولت ساخته می‌شوند .

انتقال قدرت :

بر عکس تولید که به لحاظ ولتاژ محدودیت دارد، در انتقال قدرت،مشکل جریان مطرح است زیرا هر چه جریان بیشتر شود،مقطع سیمها بیشتر و در نتیجه ساختمان دکل ها بزرگتر و تلفات انتقال نیز فزونی می‌گیرد . به همین لحاظ سعی می‌شود که پس از تولید جریان،با استفاده از ترانسفورماتورهای افزاینده،سطح ولتاژ افزایش و میزان جریان کاهش داده شود . ضمنا” عمل انتقال سه فاز،توسط سه سیم صورت می‌گیرد ( به سیم چهارم نیازی نیست ) و برای تشخیص اتصال کوتاههای احتمالی فاز به زمین،از شبکه زمین و نوترالی که در پست مبدا ایجاد می‌کنند،سود می‌جویند .

توزیع و مصرف قدرت :

پس از انتقال قدرت تا نزدیکی های منطقه مصرف،سطح ولتاژ در چند مرحله پایین می‌آید تا قابل مصرف شود. در ایران درحال حاضر برای انتفال قدرت ازولتاژهای 400 و 230 کیلو ولت (فاز- فاز) استفاده می‌شود و در مناطق شهری نیز این ولتاژها به سطح 63 کیلو ولت ( شبکه فوق توزیع )کاهش پیدا می‌کند و با تبدیل 63 به 20 کیلو ولت،ولتاژ اولیه برای ترانسفورماتورهای توزیع محلی مهیا می‌گردد تا با ولتاژ 400 ولت ( فاز- فاز )،برق مورد نیاز مصرف کننده های عادی فراهم آید .




آرایش ترانسفورماتورهای قدرت :

ترانسفورماتورهای انتقال،از آرایش ستاره / مثلث برخوردارند . طرف ستاره به ولتاژ بالاتر و طرف مثلث به ولتاژ پایین تر متصل می‌شود تا در عایق بندی و حجم سیم پیچ ها صرفه جوئی شود . تپ چنجر نیز که بعنوان تنظیم کننده ولتاژ بکار گرفته می‌شود معمولاً در طرف فشار قوی تعبیه می‌گردد تا عمل تغییر تپ (Tap) را در جریانهای کمتری انجام دهد و جرقه کنتاکتها به حداقل رسد .

اجزاء یک پست انتقال یا فوق توزیع :

یک پست انتقال یا فوق توزیع، معمولاً شامل خط یا خطوط ورودی،بریکرها،سکسیونر ها، باسبار طرف فشار قوی،ترانس قدرت، ترانس نوتر،ترانس مصرف داخلی،باسبار فشار متوسط،فیدر های خروجی،فیدرهای خازن و غیرو می‌شود و در هر پست پانلهای رله ای و متیرینگ،عمل حفاظت و اندازه گیری را بعهده دارند . باطریخانه و شارژرها نیز وظیفه تولید سیستم D.C. را که لازمه غالب رله ها می‌باشد انجام می‌دهند .

ضرورت اتصال به زمین :

تا زمانی که اتصالی با زمین در شبکه اتفاق نیفتاده باشد،نیازی به برقراری اتصال نوترال با زمین نمی‌باشد، اما به لحاظ امکان وقوع اتصال کوتاه های با زمین و برقراری سیستم حفاظتی برای تشخیص آنها،ناچار به داشتن سیستم نوترال خواهیم بود،به این ترتیب که سه فاز شبکه را از طریق یک ترانس نوتر (معمولاً داری سیم پیچ زیگزاک ) به یکدیگر متصل و نقطه صفر یا خنثی (نول ) آنرا با زمین مرتبط می‌کنیم . این ترانس ضمن ایجاد نوترال برای شبکه،بدلیل راکتانسی که دارد ،جریان اتصال کوتاه با زمین را نیز محدود می‌کند .

تانک رزیستانس :

عبارت از یک تانک فلزی پر از الکترولیت بسیار رقیق کربنات سدیم است . خاصیت این محلول آن است که مقاومت الکتریکی آن به طور معکوس در برابر حرارت تغییر می‌کند . در صورت پیدا شدن جریان نشتی با زمین ایجاد حرارت در مایع و کاهش مقاومت آن،جریان عبوری افزایش یافته و به سرعت به حدی می‌رسد که رله نوتر را تحریک نماید . بنابراین خاصیت این مقاومت،آشکار نمودن جریانهای نشتی کم و غیر قابل تشخیص بوسیله رله نوترال اصلی می‌باشد تا از عبور جریان مداوم نشتی و داغ شدن ترانس نوتر و سوختن احتمالی آن جلوگیری بعمل آورد .

خواص تانک رزیستانس به همین مورد محدود نمی‌شود بلکه مقاومت حالت نرمال آن و راکتانس ترانس نوتر،مجموعا” به حدی انتخاب می‌شود که آمپر اتصال کوتاه را در حد مورد نظر محدود نماید . از مزایای دیگر آن،رزیستانس خالص آنست ( در نقطه مقابل ترانس نوتر که تقریبا 97% راکتانس خالص است ) و بنابراین در مواردی که انتخاب یک ترانس نوتر با راکتانس بالا به دلیل افزایش اندوکتانس سلفی پست،از بروز و ظهور هارمونیکها جلوگیری می‌کنند تا عملکرد سلکتیو رله ها مختل نشود .

ضرورت برقراری حفاظت :

پس از برپایی یک سیستم قدرت،اول چیزی که نیاز به آن احساس می‌شود،برخورداری سیستم از یک حفاظت اتوماتیک است . در اوایل پیدایش شبکه های قدرت،سعی می‌شد سیستم را در مقابل جریانهای اضافی ( Exess Currents) حفاظت نماید و اینکار توسط فیوز انجام می‌شد اما با گسترش شبکه ها و تمایل به داشتن حفاظتی انتخاب کننده ( Selective )،یعنی آن نوع از حفاظت که بواسطه آن برای هر خطا ( Fault) ئی در هر نقطه از شبکه،مناسبترین عمل قطع انجام شود، سیستم حفاظت Over current (که اصطلاحاً ماکزیمم جریان گفته می‌شود) مطرح شد و گسترش یافت .

البته نباید حفاظت اورکارنتی را با حفاظت over load ( اضافه بار )،که بر مبنای ظرفیت حرارتی مدار منظور می‌شود،اشتباه گرفت . در حفاظت اخیر اگر بار از مقدار معینی ( معمولاً 2/1 برابر جریان نامی‌خط ) بیشتر شود،فرمان قطع رله صادر می‌شود در حالیکه منظور عمده از طرح حفاظت اورکارنتی آنست که در صورت بروز خطا، رله ها به ترتیب نزدیکی به نقطه اتصالی در نوبت قطع بایستند و در صورت عمل نکردن یک رله،رله بعدی فرمان قطع صادر کند .

معمولاً در تنظیم گذاری رله های اورکارنت به گونه ای عمل می‌شود که هر دو منظور حاصل شود.

چند نکته در رابطه با رله دیفرنسیال :

به جهت آنکه در ترانس قدرت،جریان ثانویه مطابق با گروه برداری ترانس نسبت به اولیه می‌چرخد،بنابراین یکسان نمودن اندازه جریانهای طرفین رله دیفرنسیال، کفایت نمی‌کند و لازم است از ترانس واسطه یا ترانس تطبیق که همان گروه برداری ترانس قدرت را داشته باشد استفاده کنیم تا چرخش حاصله را جبران نماید .

در ترانس واسطه سرهای مختلفی وجود دارد و این امر به دلیل وجود تپ در ترانس قدرت است . به هنگام عملیات راه اندازی اولیه یک پست لازم است که جریانهای اولیه و ثانویه و اختلاف که همان جریان دیفرانسیال (I1-I2) می‌باشد،در پایین ترین . بالا ترین تپ اندازه گزفته شده و مناست ترین تپ برای ترانس ترانس واسطه انتخاب یشود تا حداقل جریان عمل کننده را داشته باشیم .

رله های دیفرنسیال مغناطیسی،مصرف زیاد تری دارند و مخصوصاً اگر ( I1-I2 ) بهنگام بار زیاد ترانس قابل توجه شود،گرمای زیادی را به رله تحمیل خواهد کرد و ضمناً بدلایلی که گفته شد، ناپایداری رله را افزایش خواهد داد .

بهنگام تحت تانسیون قرار دادن قدرت از آنجا که ثانویه باز بوده و جریان مغناطیس‌کننده فقط در اولیه جاری می‌شود،جریان ( I1-I2 ) افزایش می‌یابد که البته به دلیل کم بودن جریان مغناطیس کننده و تنظیم 25 % جریان ( ‍Pick Up) غالبا عملکردی نخواهیم داشت اما نکته قابل توجه آن است که در هنگام وصل،جریان هجومی‌( Inrush current ) در اولیه خواهیم داشت و این جریان در چند سیکل اول مقدار بالایی دارد و می‌تواند رله را تحریک نماید . اما با در نظر گرفتن آنکه این جریان حاوی هارمونیک های زوج ( بویژه 2 و 4 ) می‌باشد،می‌توان با قرار دادن یک واحد حساس به این هارمونیک ها و باز نمودن لحظه ای کنتاکت فرمان فطع ( از طربق یک کنتاکت که بر سر راه کنتاکت فرمان قطع واقع شده باشد )،از عملکرد بی مورد رله دیفرنسیال جلوگیری به عمل آورد . اجازه دا د تا ترانس برقدار شود . این واحد که به واحد هارمونیک گیر ( Harmonic trap ) معروف است در همه رله های دیفرنسیال تعبیه شده است .

رله دیفرنسیال با بالانس ولتاژی :

اساس کار این نوع رله، تقابل و رو در رو قرارگرفتن ولتاژ های آمده از ترانس جریانهای طرفین خط است . برای این کار اولاً مدار به صورت ضربدری بسته می‌شود تا قطب های همنام مقابل هم قرار گیرند و ثانیاً برای تبدیل جریان هر یک از C . T ها به ولتاژ – برای پرهیز از ایجاد افت در طول مدار – از ترانس اکتور ( Trans actor ) استفاده می‌شود این وسیله،جریان آمده از C.T را متناسباً به ولتاژ تبدیل می‌کند . در یک نمونه از آن جریان A 5 به v 125/ 0 تبدیل می‌شود که در سوکت دستگاه،قابل اندازه گیری است و با اندازه گیری ولتاژ مریوطه می‌توان مقدار جریان ورودی را دریافت . در هر حال،آنچه که بین رله های طرفین مبادله می‌شود ولتاژ و گاهاً یک فرکانس کد گذاری شده است که در صورت برابری جریانهای طرفین،در محدوده باند فرکانسی خاصی خئاهد بود و در صورت به هم خوردن بالانس جریانها ( به هنگام بروز اتصلبی کوتاه در مسیر )،فرکانس یا فزکانسهای متفاوتی به طرفین ترسال خواهد شد . معمولاً در هر طرف،واحد های Send , Receive وجود دارد و اطلاعات به سرعت مبادله می‌شود . طبیعی است که در خصوص حفاظت دیفرنسیالی کابل نیازی به ترانس واسطه نخواهد بود و واحد هارمونیک گیر نیز ضرورتی نخواهد داشت .

رله بدنه ترانس ( Transformer Body Relay ) :

در ترانس های قدیمی‌که معمولاً برای آنها از رله دیفرنسیال استفاده نشده است و به خاطر ایجاد حفاظتی در برابر برقدار شدن بدنه آنها که غالباً توسط پرندگان و غیره به صورت اتصال فاز به بدنه به وجود می‌آید از رله بدنه استفاده می‌شود . برای مشخص کردن جریان حاصل از اتصالی،چرخشهای ترانس قدرت از زمین عایق شده و بدنه فقط از یک نقطه زمین می‌گردد و بر سر راه آن ترانس جریان قرار داده می‌شود تا با واسطه یک رله آمپریک (با فرمان قطع سریع)،ترانس بی برق شود . اتصالی احتمالی ولتاژ هایD.C موجود در باکس های واقع بر ترانس با بدنه نیز به همین روش آشکار خواهد شد . در جائیکه از رله دیفرنسیال استفاده شود نیازی به ایزوله کردن ترانس از زمین و استفاده از رله بدنه نخواهد بود .


حفاظت جریانی برای ترانسفورماتور :

معمولاًدر هر دو طرف ترانس قدرت با استفاده از C.T ها رله های اورکانت (برای هر سه فاز) نیز تعبیه می‌شوند و البته این رله ها از جمله حفاظت های اصلی ترانس به حساب نمی‌آیند اما با سایر رله های اورکانت شبکه هماهنگ هستند و در صورت عمل نکردن رله‌های پیش روی خود و پس از گذشت زمان تنظیمی بعمل در می‌آیند . البته از آنجا که در غالب رله‌های اورکانت، واحد جریان زیاد لحظه ای هم وجود دارد،در صورت تنظیم دقیق این واحدها و افزایش ناگهانی جریان به طوری که از حدود تنظیمی‌آنها فراتر رود فرمان قطع سریع خواهند داشت .

کاربرد رلع دوباره وصل کن :

در شبکه های فوق توزیع این رله معمولاً در خطوط شعاعی ( که مرکز ثقل پایداری سیستم نیست ) به کار می‌رود و می‌تواند زمان خاموشی ها را به حداقل رساند . این مورد در پستهای تحت اسکن و فاقد اپراتور اهمیت بیشتری می‌یابد و از هزینه کارکنان اضافی بویژه در مناطق دور دست می‌کاهند . همچنین در شبکه هایی که حفاظت اورکارنت و واحد (جریان زیاد آنی) دارند، می‌نوان تنظیمات را برای اتصالی های شدید حساس تر نمود تا به واسطه آن،پس از وقوع اینگونه اتصالی ها قطع آنی و سپس وصل مجدد صورت گیرد . به این ترتیب زمان استمرار جرقه به حداقل رسیده و میزان خسارت اندک شده و در پاره ای موارد از توسعه یک اتصالی گذرا به یک اتصالی دائمی‌جلوگیری شود . البته قابل ذکر آن است که استفاده از حفاظت جریان زیاد آنی در شرایطی می‌تواند موجب به هم خوردن هماهنگی رله ها شود .

در شبکه های فشار قوی و فوق قوی همانطور که گفته شد از بریکر های تک فاز سود جسته می‌شود و مهم ترین دلیل این انتخاب و استفاده از رله های دوباره وصل کن حفظ پایداری سیستم می‌باشد . در این شبکه ها که معمولاً شعاعی نیستند در صورت بروز اتصالی بریکر های طرفین خط معیوب همزمان باز می‌شوند و همین هم مشکلاتی را برای طرح های وصل مجدد بوجود می‌آورد و ایجاب می‌کند که منحنی پایداری سیستم حتماً مد نظر قرار گیرد .و از جمله لازم می‌آید که در آنها از حفاظت های سریع و بریکر های با سرعت بالا استفاده شود . ضمناً در تنظیم رله های دوباره وصل کن لحاظ زمان کافی برای دی یونیزاسیون محیط جرقه ضروری است و همین مسئله باعث می‌شود تا سطح واتاژ مدار،سرعت باد و بسیاری موارد دیگر را در محاسبات منظور کنیم و همین جاست که نوع بریکر های مورد استفاده (روغنی،گازی،بادی و غیره) نیز مطرح می‌شوند و خلاصه آن که به کار گرفتن دوباره مصل کن‌ها در سطوح فشار قوی، تخصص بالا و امکانات ویژه ای می‌طلبد.

صد تکرار (Anti pumping) :

این وسیله که به آن Anti hunting نیز اطلاق می‌شود،عبارت از طرح مرکبی است که در رابطه با دوباره وصل کن ها و بریکر ها به کار گرفته می‌شود و به موجب آن در مواقعی که اتصال کوتاه دائمی‌رخ داده و قطع و وصل ها تکرار شده و در این تکرارها زمان انجام گرفتن وصل مجدد طولانی تر از مجموع زمان عملکرد رله حفاظتی مربوطه و زمان عمل مکانیکی بریکر شوند از تکرار عملیات بریکر جلوگیری می‌نماید . این تکنیک برای ممانعت از عملیات قطع و وصل بریکرها در زیر جریانهای اتصال کوتاه که گاها باعث انفجار آنها می‌گردد وضع شده است . گهگاه دیده می‌شود که در پستهای تحت اسکن – مورد کنترل از طرق سیستم های اسکادا- در اثر اختلاط فرامین از راه دور، بریکری به قطع و صل های پشت سر هم و منهدم کننده دچار می‌شود و در صورت تعبیه بودن این وسیله در آن بریکر قفل می‌شود و از تخریب و احیاناً انفجار آن ممانعت به عمل می‌آید .