تحقیق بررسی شبكه توزیع و انتقال برق تا مصرف

تحقيق بررسي شبكه توزيع و انتقال برق تا مصرف در 68 صفحه ورد قابل ويرايش

فهرست مطالب

شبكه قدرت از توليد تا مصرف............................................................................. 1

محدوديت توليد.................................................................................................. 1

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

توزيع و مصرف قدرت........................................................................................ 1

آرايش ترانسفورماتورهاي قدرت .......................................................................... 2

اجزاء يك پست انتقال يا فوق توزيع .................................................................... 2

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

تانك رزيستانس ................................................................................................. 3

ضرورت برقراري حفاظت ................................................................................... 3

انواع سيستمهاي اوركارنتي ................................................................................... 4

سيستم حفاظت اوركارنتي فاز به زمين .................................................................. 4

حفاظت باقيمانده يا رزيجوآل ............................................................................... 5

هماهنگ كردن رله هاي جرياني زمان ثابت ........................................................... 5

اشكال رله هاي با زمان ثابت ................................................................................ 5

رله هاي اوركانت زمان معكوس ........................................................................... 6

انواع رله هاي جرياني با زمان معكوس و موارد استفاده هر يك ............................... 6

كاربرد رله هاي جرياني ....................................................................................... 7

رله هاي ولتاژي .................................................................................................. 7

حفاظت فيدر خازن ............................................................................................. 7

رله اتومات براي قطع و وصل بنكهاي خازني ........................................................ 8

حفاظت فيدر كوپلاژ 20 كيلوولت ....................................................................... 9

حفاظت فيدر ترانس 20 كيلوولت ....................................................................... 9

حفاظت جهتي جريان ......................................................................................... 9

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

رله هاي نوترال ................................................................................................... 10

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

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

رله هاي ترميك يا كنترل كننده درجه حرارت ترانس .............................................. 12

رله ديفرنسيال ..................................................................................................... 13

چند نكته در رابطه با رله ديفرنسيال ...................................................................... 16

رله ديفرنسيل با بالانس ولتاژي ............................................................................ 17

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

حفاظت جرياني براي ترانسفورماتور ..................................................................... 18

رله هاي رگولاتور ولتاژ ....................................................................................... 18

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

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

نوع اتصالي هاي باسبار ....................................................................................... 22

خصوصيات حفاظت باسبار .................................................................................. 22

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

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

نكاتي در خصوص رله هاي ديستانس .................................................................. 25

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

رله دوباره وصل كن ........................................................................................... 29

كاربرد رله دوباره وصل كن ................................................................................. 31

ضد تكرار .......................................................................................................... 32

رله واتمتريك ..................................................................................................... 33

رله مؤلفه منفي .................................................................................................... 36

سنكرون كردن .................................................................................................... 39

رله سنكرون چك ............................................................................................... 41

رله سنكرونايزينگ ( سنكرون كننده ژنراتورها ) ..................................................... 43

رله فركانسي – رله حذف بار ............................................................................... 44

سيستم اينتريپ و اينترلاك ................................................................................... 46










شبكه قدرت از توليد تا مصرف

يك شبكه قدرت از نقطه توليد تا مصرف،شامل اجزاء و مراتبي است كه ژنراتور را بعنوان مولد و ترانسهاو خطوط انتقال را بعنوان مبدل و واسطه در بر مي‌گيرد .

محدوديت توليد :

ژنراتورها معمولاً” جريانهاي بزرگ را توليد ميكنند اما به لحاظ ولتاژ محدوديت دارند،زيرا عايق بندي شينه ها حجم و وزن زيادي ايجاد مي‌كند و به همين لحاظ ژنراتورها در نورم هاي ولتاژي 6،11،21 و حداكثر 33 كيلو ولت ساخته مي‌شوند .

انتقال قدرت :

بر عكس توليد كه به لحاظ ولتاژ محدوديت دارد، در انتقال قدرت،مشكل جريان مطرح است زيرا هر چه جريان بيشتر شود،مقطع سيمها بيشتر و در نتيجه ساختمان دكل ها بزرگتر و تلفات انتقال نيز فزوني مي‌گيرد . به همين لحاظ سعي مي‌شود كه پس از توليد جريان،با استفاده از ترانسفورماتورهاي افزاينده،سطح ولتاژ افزايش و ميزان جريان كاهش داده شود . ضمنا” عمل انتقال سه فاز،توسط سه سيم صورت مي‌گيرد ( به سيم چهارم نيازي نيست ) و براي تشخيص اتصال كوتاههاي احتمالي فاز به زمين،از شبكه زمين و نوترالي كه در پست مبدا ايجاد مي‌كنند،سود مي‌جويند .

توزيع و مصرف قدرت :

پس از انتقال قدرت تا نزديكي هاي منطقه مصرف،سطح ولتاژ در چند مرحله پايين مي‌آيد تا قابل مصرف شود. در ايران درحال حاضر براي انتفال قدرت ازولتاژهاي 400 و 230 كيلو ولت (فاز- فاز) استفاده مي‌شود و در مناطق شهري نيز اين ولتاژها به سطح 63 كيلو ولت ( شبكه فوق توزيع )كاهش پيدا مي‌كند و با تبديل 63 به 20 كيلو ولت،ولتاژ اوليه براي ترانسفورماتورهاي توزيع محلي مهيا مي‌گردد تا با ولتاژ 400 ولت ( فاز- فاز )،برق مورد نياز مصرف كننده هاي عادي فراهم آيد .




آرايش ترانسفورماتورهاي قدرت :

ترانسفورماتورهاي انتقال،از آرايش ستاره / مثلث برخوردارند . طرف ستاره به ولتاژ بالاتر و طرف مثلث به ولتاژ پايين تر متصل مي‌شود تا در عايق بندي و حجم سيم پيچ ها صرفه جوئي شود . تپ چنجر نيز كه بعنوان تنظيم كننده ولتاژ بكار گرفته مي‌شود معمولاً در طرف فشار قوي تعبيه مي‌گردد تا عمل تغيير تپ (Tap) را در جريانهاي كمتري انجام دهد و جرقه كنتاكتها به حداقل رسد .

اجزاء يك پست انتقال يا فوق توزيع :

يك پست انتقال يا فوق توزيع، معمولاً شامل خط يا خطوط ورودي،بريكرها،سكسيونر ها، باسبار طرف فشار قوي،ترانس قدرت، ترانس نوتر،ترانس مصرف داخلي،باسبار فشار متوسط،فيدر هاي خروجي،فيدرهاي خازن و غيرو مي‌شود و در هر پست پانلهاي رله اي و متيرينگ،عمل حفاظت و اندازه گيري را بعهده دارند . باطريخانه و شارژرها نيز وظيفه توليد سيستم D.C. را كه لازمه غالب رله ها مي‌باشد انجام مي‌دهند .

ضرورت اتصال به زمين :

تا زماني كه اتصالي با زمين در شبكه اتفاق نيفتاده باشد،نيازي به برقراري اتصال نوترال با زمين نمي‌باشد، اما به لحاظ امكان وقوع اتصال كوتاه هاي با زمين و برقراري سيستم حفاظتي براي تشخيص آنها،ناچار به داشتن سيستم نوترال خواهيم بود،به اين ترتيب كه سه فاز شبكه را از طريق يك ترانس نوتر (معمولاً داري سيم پيچ زيگزاك ) به يكديگر متصل و نقطه صفر يا خنثي (نول ) آنرا با زمين مرتبط مي‌كنيم . اين ترانس ضمن ايجاد نوترال براي شبكه،بدليل راكتانسي كه دارد ،جريان اتصال كوتاه با زمين را نيز محدود مي‌كند .

تانك رزيستانس :

عبارت از يك تانك فلزي پر از الكتروليت بسيار رقيق كربنات سديم است . خاصيت اين محلول آن است كه مقاومت الكتريكي آن به طور معكوس در برابر حرارت تغيير مي‌كند . در صورت پيدا شدن جريان نشتي با زمين ايجاد حرارت در مايع و كاهش مقاومت آن،جريان عبوري افزايش يافته و به سرعت به حدي مي‌رسد كه رله نوتر را تحريك نمايد . بنابراين خاصيت اين مقاومت،آشكار نمودن جريانهاي نشتي كم و غير قابل تشخيص بوسيله رله نوترال اصلي مي‌باشد تا از عبور جريان مداوم نشتي و داغ شدن ترانس نوتر و سوختن احتمالي آن جلوگيري بعمل آورد .

خواص تانك رزيستانس به همين مورد محدود نمي‌شود بلكه مقاومت حالت نرمال آن و راكتانس ترانس نوتر،مجموعا” به حدي انتخاب مي‌شود كه آمپر اتصال كوتاه را در حد مورد نظر محدود نمايد . از مزاياي ديگر آن،رزيستانس خالص آنست ( در نقطه مقابل ترانس نوتر كه تقريبا 97% راكتانس خالص است ) و بنابراين در مواردي كه انتخاب يك ترانس نوتر با راكتانس بالا به دليل افزايش اندوكتانس سلفي پست،از بروز و ظهور هارمونيكها جلوگيري مي‌كنند تا عملكرد سلكتيو رله ها مختل نشود .

ضرورت برقراري حفاظت :

پس از برپايي يك سيستم قدرت،اول چيزي كه نياز به آن احساس مي‌شود،برخورداري سيستم از يك حفاظت اتوماتيك است . در اوايل پيدايش شبكه هاي قدرت،سعي مي‌شد سيستم را در مقابل جريانهاي اضافي ( Exess Currents) حفاظت نمايد و اينكار توسط فيوز انجام مي‌شد اما با گسترش شبكه ها و تمايل به داشتن حفاظتي انتخاب كننده ( Selective )،يعني آن نوع از حفاظت كه بواسطه آن براي هر خطا ( Fault) ئي در هر نقطه از شبكه،مناسبترين عمل قطع انجام شود، سيستم حفاظت Over current (كه اصطلاحاً ماكزيمم جريان گفته مي‌شود) مطرح شد و گسترش يافت .

البته نبايد حفاظت اوركارنتي را با حفاظت over load ( اضافه بار )،كه بر مبناي ظرفيت حرارتي مدار منظور مي‌شود،اشتباه گرفت . در حفاظت اخير اگر بار از مقدار معيني ( معمولاً 2/1 برابر جريان نامي‌خط ) بيشتر شود،فرمان قطع رله صادر مي‌شود در حاليكه منظور عمده از طرح حفاظت اوركارنتي آنست كه در صورت بروز خطا، رله ها به ترتيب نزديكي به نقطه اتصالي در نوبت قطع بايستند و در صورت عمل نكردن يك رله،رله بعدي فرمان قطع صادر كند .

معمولاً در تنظيم گذاري رله هاي اوركارنت به گونه اي عمل مي‌شود كه هر دو منظور حاصل شود.

چند نكته در رابطه با رله ديفرنسيال :

به جهت آنكه در ترانس قدرت،جريان ثانويه مطابق با گروه برداري ترانس نسبت به اوليه مي‌چرخد،بنابراين يكسان نمودن اندازه جريانهاي طرفين رله ديفرنسيال، كفايت نمي‌كند و لازم است از ترانس واسطه يا ترانس تطبيق كه همان گروه برداري ترانس قدرت را داشته باشد استفاده كنيم تا چرخش حاصله را جبران نمايد .

در ترانس واسطه سرهاي مختلفي وجود دارد و اين امر به دليل وجود تپ در ترانس قدرت است . به هنگام عمليات راه اندازي اوليه يك پست لازم است كه جريانهاي اوليه و ثانويه و اختلاف كه همان جريان ديفرانسيال (I1-I2) مي‌باشد،در پايين ترين . بالا ترين تپ اندازه گزفته شده و مناست ترين تپ براي ترانس ترانس واسطه انتخاب يشود تا حداقل جريان عمل كننده را داشته باشيم .

رله هاي ديفرنسيال مغناطيسي،مصرف زياد تري دارند و مخصوصاً اگر ( I1-I2 ) بهنگام بار زياد ترانس قابل توجه شود،گرماي زيادي را به رله تحميل خواهد كرد و ضمناً بدلايلي كه گفته شد، ناپايداري رله را افزايش خواهد داد .

بهنگام تحت تانسيون قرار دادن قدرت از آنجا كه ثانويه باز بوده و جريان مغناطيس‌كننده فقط در اوليه جاري مي‌شود،جريان ( I1-I2 ) افزايش مي‌يابد كه البته به دليل كم بودن جريان مغناطيس كننده و تنظيم 25 % جريان ( ‍Pick Up) غالبا عملكردي نخواهيم داشت اما نكته قابل توجه آن است كه در هنگام وصل،جريان هجومي‌( Inrush current ) در اوليه خواهيم داشت و اين جريان در چند سيكل اول مقدار بالايي دارد و مي‌تواند رله را تحريك نمايد . اما با در نظر گرفتن آنكه اين جريان حاوي هارمونيك هاي زوج ( بويژه 2 و 4 ) مي‌باشد،مي‌توان با قرار دادن يك واحد حساس به اين هارمونيك ها و باز نمودن لحظه اي كنتاكت فرمان فطع ( از طربق يك كنتاكت كه بر سر راه كنتاكت فرمان قطع واقع شده باشد )،از عملكرد بي مورد رله ديفرنسيال جلوگيري به عمل آورد . اجازه دا د تا ترانس برقدار شود . اين واحد كه به واحد هارمونيك گير ( Harmonic trap ) معروف است در همه رله هاي ديفرنسيال تعبيه شده است .

رله ديفرنسيال با بالانس ولتاژي :

اساس كار اين نوع رله، تقابل و رو در رو قرارگرفتن ولتاژ هاي آمده از ترانس جريانهاي طرفين خط است . براي اين كار اولاً مدار به صورت ضربدري بسته مي‌شود تا قطب هاي همنام مقابل هم قرار گيرند و ثانياً براي تبديل جريان هر يك از C . T ها به ولتاژ – براي پرهيز از ايجاد افت در طول مدار – از ترانس اكتور ( Trans actor ) استفاده مي‌شود اين وسيله،جريان آمده از C.T را متناسباً به ولتاژ تبديل مي‌كند . در يك نمونه از آن جريان A 5 به v 125/ 0 تبديل مي‌شود كه در سوكت دستگاه،قابل اندازه گيري است و با اندازه گيري ولتاژ مريوطه مي‌توان مقدار جريان ورودي را دريافت . در هر حال،آنچه كه بين رله هاي طرفين مبادله مي‌شود ولتاژ و گاهاً يك فركانس كد گذاري شده است كه در صورت برابري جريانهاي طرفين،در محدوده باند فركانسي خاصي خئاهد بود و در صورت به هم خوردن بالانس جريانها ( به هنگام بروز اتصلبي كوتاه در مسير )،فركانس يا فزكانسهاي متفاوتي به طرفين ترسال خواهد شد . معمولاً در هر طرف،واحد هاي Send , Receive وجود دارد و اطلاعات به سرعت مبادله مي‌شود . طبيعي است كه در خصوص حفاظت ديفرنسيالي كابل نيازي به ترانس واسطه نخواهد بود و واحد هارمونيك گير نيز ضرورتي نخواهد داشت .

رله بدنه ترانس ( Transformer Body Relay ) :

در ترانس هاي قديمي‌كه معمولاً براي آنها از رله ديفرنسيال استفاده نشده است و به خاطر ايجاد حفاظتي در برابر برقدار شدن بدنه آنها كه غالباً توسط پرندگان و غيره به صورت اتصال فاز به بدنه به وجود مي‌آيد از رله بدنه استفاده مي‌شود . براي مشخص كردن جريان حاصل از اتصالي،چرخشهاي ترانس قدرت از زمين عايق شده و بدنه فقط از يك نقطه زمين مي‌گردد و بر سر راه آن ترانس جريان قرار داده مي‌شود تا با واسطه يك رله آمپريك (با فرمان قطع سريع)،ترانس بي برق شود . اتصالي احتمالي ولتاژ هايD.C موجود در باكس هاي واقع بر ترانس با بدنه نيز به همين روش آشكار خواهد شد . در جائيكه از رله ديفرنسيال استفاده شود نيازي به ايزوله كردن ترانس از زمين و استفاده از رله بدنه نخواهد بود .


حفاظت جرياني براي ترانسفورماتور :

معمولاًدر هر دو طرف ترانس قدرت با استفاده از C.T ها رله هاي اوركانت (براي هر سه فاز) نيز تعبيه مي‌شوند و البته اين رله ها از جمله حفاظت هاي اصلي ترانس به حساب نمي‌آيند اما با ساير رله هاي اوركانت شبكه هماهنگ هستند و در صورت عمل نكردن رله‌هاي پيش روي خود و پس از گذشت زمان تنظيمي بعمل در مي‌آيند . البته از آنجا كه در غالب رله‌هاي اوركانت، واحد جريان زياد لحظه اي هم وجود دارد،در صورت تنظيم دقيق اين واحدها و افزايش ناگهاني جريان به طوري كه از حدود تنظيمي‌آنها فراتر رود فرمان قطع سريع خواهند داشت .

كاربرد رلع دوباره وصل كن :

در شبكه هاي فوق توزيع اين رله معمولاً در خطوط شعاعي ( كه مركز ثقل پايداري سيستم نيست ) به كار مي‌رود و مي‌تواند زمان خاموشي ها را به حداقل رساند . اين مورد در پستهاي تحت اسكن و فاقد اپراتور اهميت بيشتري مي‌يابد و از هزينه كاركنان اضافي بويژه در مناطق دور دست مي‌كاهند . همچنين در شبكه هايي كه حفاظت اوركارنت و واحد (جريان زياد آني) دارند، مي‌نوان تنظيمات را براي اتصالي هاي شديد حساس تر نمود تا به واسطه آن،پس از وقوع اينگونه اتصالي ها قطع آني و سپس وصل مجدد صورت گيرد . به اين ترتيب زمان استمرار جرقه به حداقل رسيده و ميزان خسارت اندك شده و در پاره اي موارد از توسعه يك اتصالي گذرا به يك اتصالي دائمي‌جلوگيري شود . البته قابل ذكر آن است كه استفاده از حفاظت جريان زياد آني در شرايطي مي‌تواند موجب به هم خوردن هماهنگي رله ها شود .

در شبكه هاي فشار قوي و فوق قوي همانطور كه گفته شد از بريكر هاي تك فاز سود جسته مي‌شود و مهم ترين دليل اين انتخاب و استفاده از رله هاي دوباره وصل كن حفظ پايداري سيستم مي‌باشد . در اين شبكه ها كه معمولاً شعاعي نيستند در صورت بروز اتصالي بريكر هاي طرفين خط معيوب همزمان باز مي‌شوند و همين هم مشكلاتي را براي طرح هاي وصل مجدد بوجود مي‌آورد و ايجاب مي‌كند كه منحني پايداري سيستم حتماً مد نظر قرار گيرد .و از جمله لازم مي‌آيد كه در آنها از حفاظت هاي سريع و بريكر هاي با سرعت بالا استفاده شود . ضمناً در تنظيم رله هاي دوباره وصل كن لحاظ زمان كافي براي دي يونيزاسيون محيط جرقه ضروري است و همين مسئله باعث مي‌شود تا سطح واتاژ مدار،سرعت باد و بسياري موارد ديگر را در محاسبات منظور كنيم و همين جاست كه نوع بريكر هاي مورد استفاده (روغني،گازي،بادي و غيره) نيز مطرح مي‌شوند و خلاصه آن كه به كار گرفتن دوباره مصل كن‌ها در سطوح فشار قوي، تخصص بالا و امكانات ويژه اي مي‌طلبد.

صد تكرار (Anti pumping) :

اين وسيله كه به آن Anti hunting نيز اطلاق مي‌شود،عبارت از طرح مركبي است كه در رابطه با دوباره وصل كن ها و بريكر ها به كار گرفته مي‌شود و به موجب آن در مواقعي كه اتصال كوتاه دائمي‌رخ داده و قطع و وصل ها تكرار شده و در اين تكرارها زمان انجام گرفتن وصل مجدد طولاني تر از مجموع زمان عملكرد رله حفاظتي مربوطه و زمان عمل مكانيكي بريكر شوند از تكرار عمليات بريكر جلوگيري مي‌نمايد . اين تكنيك براي ممانعت از عمليات قطع و وصل بريكرها در زير جريانهاي اتصال كوتاه كه گاها باعث انفجار آنها مي‌گردد وضع شده است . گهگاه ديده مي‌شود كه در پستهاي تحت اسكن – مورد كنترل از طرق سيستم هاي اسكادا- در اثر اختلاط فرامين از راه دور، بريكري به قطع و صل هاي پشت سر هم و منهدم كننده دچار مي‌شود و در صورت تعبيه بودن اين وسيله در آن بريكر قفل مي‌شود و از تخريب و احياناً انفجار آن ممانعت به عمل مي‌آيد .